Factibilidad técnica y económica para el suministro de ...
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Universidad de La Salle Universidad de La Salle Ciencia Unisalle Ciencia Unisalle Ingeniería Eléctrica Facultad de Ingeniería 1-1-2002 Factibilidad técnica y económica para el suministro de energía Factibilidad técnica y económica para el suministro de energía eléctrica, en zona rural de Saboyá, departamento de Boyacá, por eléctrica, en zona rural de Saboyá, departamento de Boyacá, por medio de aerogeneración a baja potencia medio de aerogeneración a baja potencia Henry Rolando Martínez Caro Universidad de La Salle, Bogotá Juan Carlos Chaparro Marroquín Universidad de La Salle, Bogotá Follow this and additional works at: https://ciencia.lasalle.edu.co/ing_electrica Citación recomendada Citación recomendada Martínez Caro, H. R., & Chaparro Marroquín, J. C. (2002). Factibilidad técnica y económica para el suministro de energía eléctrica, en zona rural de Saboyá, departamento de Boyacá, por medio de aerogeneración a baja potencia. Retrieved from https://ciencia.lasalle.edu.co/ing_electrica/432 This Trabajo de grado - Pregrado is brought to you for free and open access by the Facultad de Ingeniería at Ciencia Unisalle. It has been accepted for inclusion in Ingeniería Eléctrica by an authorized administrator of Ciencia Unisalle. For more information, please contact [email protected].
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Universidad de La Salle Universidad de La Salle
Ciencia Unisalle Ciencia Unisalle
Ingenieriacutea Eleacutectrica Facultad de Ingenieriacutea
1-1-2002
Factibilidad teacutecnica y econoacutemica para el suministro de energiacutea Factibilidad teacutecnica y econoacutemica para el suministro de energiacutea
eleacutectrica en zona rural de Saboyaacute departamento de Boyacaacute por eleacutectrica en zona rural de Saboyaacute departamento de Boyacaacute por
medio de aerogeneracioacuten a baja potencia medio de aerogeneracioacuten a baja potencia
Henry Rolando Martiacutenez Caro Universidad de La Salle Bogotaacute
Juan Carlos Chaparro Marroquiacuten Universidad de La Salle Bogotaacute
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Citacioacuten recomendada Citacioacuten recomendada Martiacutenez Caro H R amp Chaparro Marroquiacuten J C (2002) Factibilidad teacutecnica y econoacutemica para el suministro de energiacutea eleacutectrica en zona rural de Saboyaacute departamento de Boyacaacute por medio de aerogeneracioacuten a baja potencia Retrieved from httpsciencialasalleeducoing_electrica432
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FACTIBILIDAD TEacuteCNICA Y ECONOacuteMICA PARA EL SUMINISTRO DEENERGIacuteA ELEacuteCTRICA EN ZONA RURAL DE SABOYAacute DEPARTAMENTO DE
BOYACAacute POR MEDIO DE AEROGENERACIOacuteN A BAJA POTENCIA
HENRY ROLANDO MARTIacuteNEZ CAROJUAN CARLOS CHAPARRO MARROQUIacuteN
UNIVERSIDAD DE LA SALLE
FACULTAD DE INGENIERIacuteA ELEacuteCTRICA
BOGOTAacute DC
2002
FACTIBILIDAD TEacuteCNICA Y ECONOacuteMICA PARA EL SUMINISTRO DEENERGIacuteA ELEacuteCTRICA EN ZONA RURAL DE SABOYAacute DEPARTAMENTO DE
BOYACAacute POR MEDIO DE AEROGENERACIOacuteN A BAJA POTENCIA
HENRY ROLANDO MARTIacuteNEZ CAROJUAN CARLOS CHAPARRO MARROQUIacuteN
Monografiacutea para optar al tiacutetulo deIngenieros Electricistas
DirectorFABIO ALDANA MEacuteNDEZ
Ingeniero Mecaacutenico
UNIVERSIDAD DE LA SALLE
FACULTAD DE INGENIERIacuteA ELEacuteCTRICA
BOGOTAacute DC
2002
Nota de aceptacioacuten
______________________________________
______________________________________
______________________________________
______________________________________ Director del proyecto
Ing Fabio Aldana Meacutendez
______________________________________ Jurado
Ing Ramoacuten F Antolinez
______________________________________ Jurado
Ing Jose de Jesuacutes Diacuteaz
Bogotaacute DC 8 de octubre de 2002
iii
Ni la universidad ni el director del proyecto ni el jurado calificador
son responsables de las ideas expuestas por los graduandos
iv
A Dios por la esperanza
A mis padres por su amor y apoyo
A mis hermanos por su amistad
A Angeacutelica y Alejandrolos adoro
Henry Rolando Martiacutenez Caro
A Dios por darme la paciencia y la suerte de culminar mi carrera
A mis padres por darme la vida y su apoyo incondicional
A mis hermanos por su compantildeiacutea en gran parte de mi vida
A mi novia por su amor y compantildeiacutea
A mis amigos y compantildeeros de la universidad por su amistad
Juan Carlos Chaparro Marroquiacuten
v
CONTENIDO
paacuteg
LISTA DE FIGURAS xiii
LISTA DE FOTOS xv
LISTA DE TABLAS xvi
LISTA DE ANEXOS xviii
RESUMEN xix
INTRODUCCIOacuteN xx
PREAacuteMBULO xxi
1 HISTORIA DE LA ENERGIacuteA EOacuteLICA
26
11 EL PIONERO DE LA ENERGIacuteA EOacuteLICA POUL LA COUR 26
111 Los aerogeneradores de La Cour 27
112 La revista de electricidad eoacutelica 27
12 PIONEROS DE LA ENERGIacuteA EOacuteLICA 1940-1950 28
121 Las turbinas de FL Smidth 28
13 PIONEROS DE LA ENERGIacuteA EOacuteLICA 1950 ndash 1980 29
131 Johannes Juul y el aerogenerador de Gedser 29
132 Las turbinas Nibe 31
14 AEROGENERADORES A PARTIR DE LOS 80 31
141 Disentildeos competitivos de turbinas 32
142 La maacutequina Twind 33
143 El gran torrente eoacutelico de California 34
15 INDUSTRIA EOacuteLICA ACTUAL 35
2 RECURSOS EOacuteLICOS 39
21 FUENTE DE LA ENERGIacuteA EOacuteLICA 39
211 Vientos locales vientos de montantildea 40
22 LA ENERGIacuteA EN EL VIENTO DENSIDAD DEL AIRE Y AacuteREA DE
BARRIDO DEL ROTOR 41
221 Densidad del aire 41
222 Aacuterea de barrido del rotor 42
23 LOS AEROGENERADORES DESVIacuteAN EL VIENTO 42
231 Tubo de corriente de aire 43
232 Tubo de corriente de aire ciliacutendrico 43
24 LA POTENCIA DEL VIENTO ES PROPORCIONAL AL CUBO DE LA
VELOCIDAD DEL VIENTO 44
25 MEDICIOacuteN DE LA VELOCIDAD DEL VIENTO ANEMOacuteMETROS 45
26 MEDICIONES DE LA VELOCIDAD DEL VIENTO EN LA PRAacuteCTICA 46
261 Informacioacuten empiacuterica 46
262 Anemoacutemetros totalizadores 47
263 Meacutetodo de correlacioacuten 48
27 RUGOSIDAD DEL TERRENO 49
271 Clase y longitud de rugosidad 49
28 VARIABILIDAD DE LA VELOCIDAD DEL VIENTO 51
281 Variabilidad del viento a corto plazo 51
282 Variaciones diurnas (noche y diacutea) del viento 51
29 OBSTAacuteCULOS AL VIENTO 52
291 Resguardo tras los obstaacuteculos 53
210 EFECTOS ACELERADORES 53
2101 Efecto tuacutenel 53
2102 Efecto de la colina 54
3 ASPECTOS TEOacuteRICOS 57
31 TECNOLOGIacuteA DE AEROGENERADORES 57
311 Eje 57
3111 Aerogeneradores de eje horizontal 57
3112 Aerogeneradores de eje vertical 57
312 Rotor 59
3121 Maacutequinas con rotor a barlovento 59
3122 Maacutequinas con rotor a sotavento 60
313 Nuacutemero de aspas 61
3131 Tripala 61
3132 Bipala (oscilantebasculante) 61
3133 Monopala 63
314 Generador 64
3141 Generadores de corriente continua 64
3142 Generadores de excitacioacuten o siacutencronos 65
3143 Generadores de induccioacuten o asiacutencronos 65
3144 Voltaje generado (tensioacuten) 65
3145 Sistema de refrigeracioacuten 66
3146 Opciones de disentildeo en generadores y conexioacuten a red 66
315 Sistema de transmisioacuten 66
3151 Sistema de transmisioacuten sin engranajes 67
3152 Sistema de transmisioacuten con engranajes 67
316 Torres 67
3161 Torres tubulares de acero 68
3162 Torres de celosiacutea 68
3163 Torres de maacutestil tensadas con cables de acero 69
317 Sistema eleacutectrico 70
3171 Conexioacuten a la red de las turbinas 71
32 EXTRACCIOacuteN DE POTENCIA 72
321 Potencia maacutexima uacutetil extraiacuteda al viento 74
3211 La ley de Betz 74
3212 Demostracioacuten de la ley de Betz 74
4 ANAacuteLISIS TEacuteCNICO 77
41 DETERMINACIOacuteN DEL SITIO 77
411 Saboyaacute (Boyacaacute) 77
412 Vereda Tibista 78
42 METODOLOGIacuteA GENERAL PARA LA REALIZACIOacuteN DEL
PROYECTO 78
421 Estudio del potencial eoacutelico 79
4211 Estacioacuten ldquoAlto Saboyaacuterdquo 79
4212 Anaacutelisis del reacutegimen de vientos 80
422 Modelamiento matemaacutetico para calcular la entrega de energiacutea eoacutelica 84
423 Estimacioacuten del consumo tiacutepico para vivienda rural 86
4231 Caacutelculo de la bomba eleacutectrica 87
424 Anaacutelisis para el desempentildeo del aerogenerador 89
4241 Aerogenerador de 1kW 89
4242 Aerogenerador de 15kW 91
4243 Aerogenerador de 3kW 92
425 Caacutelculo del banco de bateriacuteas 95
426 Caacutelculo del inversor 97
427 Caacutelculo del regulador 98
428 Montaje final del sistema conversor de energiacutea eoacutelica 99
43 MANUAL DE INSTALACIOacuteN OPERACIOacuteN Y MANTENIMIENTO
DEL AEROGENERADOR 102
431 Instalacioacuten 102
4311 Voltaje del sistema 102
4312 Instalacioacuten de la torre (localizacioacuten tipo y altura) 102
4313 Adquirir el tamantildeo del banco de bateriacuteas adecuado 103
4314 Seleccioacuten del lugar para instalar el banco de bateriacuteas 103
4315 Instalar el tablero de control (EZ-WIRE) y el transformador 104
4316 Instalar y conectar el disipador de carga 105
4317 Montar el interruptor de frenado 105
4318 Instalar el inversor y conectarlo al banco de bateriacuteas 106
4319 Instalar los conductores desde el extremo de la torre al transformador y
despueacutes al tablero de control 106
43110 Pruebas eleacutectricas para el aerogenerador 106
43111 Conectar los conductores y montar el aerogenerador en la torre 107
43112 Prueba del cableado del aerogenerador al tablero de control 108
43113 Instalar el timoacuten o cola 110
43114 Instalar las aspas y la nariz 111
43115 Izar la torre siguiendo las instrucciones del fabricante con el interruptor de
frenado en posicioacuten ldquoONrdquo 111
44 OPERACIOacuteN NORMAL 112
441 Controles y caracteriacutesticas del tablero de control 112
4411 Seccioacuten de control 112
4412 Seccioacuten del sistema de monitoreo 112
442 Operacioacuten del regulador automaacutetico de carga 114
4421 Luz indicador de regulacioacuten 114
4422 Posicioacuten de flotacioacuten 114
443 Iniciar el aerogenerador 115
4431 Operacioacuten de la heacutelice del aerogenerador 115
444 Encienda el inversor 115
445 Consumo de electricidad propia 115
45 MANTENIMIENTO 116
451 Mensual 116
4511 Revisar el interruptor de seguridad (para revisar el cableado eleacutectrico) 116
4512 Revisar el estado mecaacutenico observar y escuchar desde la base de la torre 117
4513 Inspeccionar la torre 117
452 Anual 118
4521 Revisar el banco de bateriacuteas 118
4522 Si es necesario realizar la carga de igualacioacuten de la bateriacutea 118
4523 Escalar la torre o bajarla y hacer una revisioacuten mecaacutenica total del
aerogenerador 119
4524 Registro de mantenimiento 119
5 ANAacuteLISIS ECONOacuteMICO 120
51 COSTOS DEL SISTEMA CONVERSOR DE ENERGIacuteA EOacuteLICA 120
511 Costos privados 121
5111 Costo de inversioacuten 121
51111 Costos de montaje 123
5112 Costos de explotacioacuten 124
52 ANAacuteLISIS FINANCIERO DEL PROYECTO 124
521 Anaacutelisis financiero para cada alternativa 126
53 VALOR DEL SERVICIO DE ENERGIacuteA ELEacuteCTRICA ACTUAL 150
54 COSTO DE LA ENERGIacuteA GENERADA CON VIENTO 151
541 Costo de capital 151
542 Costos de operacioacuten y mantenimiento 153
543 Costo de reoposicioacuten de equipos 153
6 CONSIDERACIONES AMBIENTALES 155
61 ASPECTOS POSITIVOS 155
62 BARRERAS 157
621 Impacto Visual 157
622 Ruido 157
623 Uso de terreno 158
63 PROTOCOLO DE KYOTO 158
631 Conferencias sobre la reduccioacuten de gases de efecto invernadero 159
64 MECANISMOS DE DESARROLLO LIMPIO 161
641 Gases de efecto invernadero 161
642 Emisiones de CO2 163
643 Evolucioacuten de los mecanismos de Kyoto en las negociaciones de cambio
climaacutetico 163
65 LICENCIA AMBIENTAL PARA EL PROYECTO 164
7 MARCO LEGAL Y TRIBUTARIO 165
71 INCENTIVOS INTERNACIONALES PARA LA ENERGIacuteA EOacuteLICA 165
711 Incentivos fiscales 165
712 Depreciacioacuten acelerada 165
713 Subsidios 166
714 Pagos en efectivo por kWh 166
715 Exenciones arancelarias 166
716 Renuncia del uso de derechos impuestos de propiedad de la tierra 166
72 FINANCIACIOacuteN 167
73 REGULACIONES AMBIENTALES 167
731 Emisiones normalizadas 167
732 Impuestos de emisioacuten 167
733 Raacutepida aprobacioacuten de proyectos ambientales 168
74 PROGRAMAS VOLUNTARIOS 168
741 Eliminacioacuten de subsidios para el combustible convencional 168
75 PAIacuteSES EN LOS QUE SE ESTIMULA EL USO DE ENERGIacuteA EOacuteLICA
Y TIPO DE ESTIMULO 168
76 REGULACIOacuteN DE LAS ENERGIacuteAS ALTERNATIVAS EN COLOMBIA 169
761 Ley 697 de octubre de 2001 170
762 Ley 223 de diciembre de 1995 171
763 Decreto 2532 de noviembre de 2001 172
8 CONCLUSIONES 175
9 RECOMENDACIONES 178
BIBLIOGRAFIacuteA 179
ANEXOS 182
LISTA DE FIGURAS
paacuteg
Figura 1 El aerogenerador de Gedser 30
Figura 2 Crecimiento de la energiacutea eoacutelica en el mundo 35
Figura 3 Caracterizacioacuten de los vientos en una montantildea 40
Figura 4 Representacioacuten del aacuterea barrida por un rotor 41
Figura 5 Desviacioacuten del viento producida por un aerogenerador 42
Figura 6 Corriente de aire en tubo ciliacutendrico 43
Figura 7 Graacutefica de la relacioacuten de potencia especiacutefica del viento con la velocidad
del viento 44
Figura 8 Anemoacutemetro de cazoletas 45
Figura 9 Anemoacutemetro de recorrido 48
Figura 10 Ejemplo de la variabilidad de la velocidad de viento de un sitio
determinado 51
Figura 11 Ejemplo de la variacioacuten diaria del viento de un sitio determinado 52
Figura 12 Vista lateral de la corriente de viento alrededor de un obstaacuteculo 52
Figura 13 Vista superior de la corriente de aire alrededor de un obstaacuteculo 53
Figura 14 Representacioacuten graacutefica del efecto tuacutenel 54
Figura 15a Representacioacuten graacutefica del efecto de la colina 55
Figura 15b Vista lateral del efecto de la colina 55
Figura 16 Aerogenerador de tres aspas 61
Figura 17a Aerogenerador de dos aspas 62
Figura 17b Aerogenerador de dos aspas con rotor basculante 62
Figura 18a Aerogenerador de una aspa 63
Figura 18b Disposicioacuten del contrapeso de un aerogenerador monopala 63
Figura 19 Disposicioacuten tiacutepica de elementos de un aerogenerador 64
xiii
Figura 20 Caracterizacioacuten del viento para la extraccioacuten de potencia en un
aerogenerador 72
Figura 21 Potencia maacutexima extraiacuteda del viento 76
Figura 22 Ubicacioacuten del municipio de Saboyaacute (Boyacaacute) 78
Figura 23 Velocidad anual del viento en la vereda Tibista (ms) 81
Figura 24 Velocidad mensual del viento en la vereda Tibista (ms) 82
Figura 25 Velocidad diaria del viento en la vereda Tibista (ms) 82
Figura 26 Velocidad horaria del viento en la vereda Tibista (ms) 83
Figura 27 Probabilidad de Weibull para la vereda Tibista 86
Figura 28 Curva de rendimiento de bombas centriacutefugas 88
Figura 29 Curva de potencia tiacutepica de un aerogenerador de 1kW 89
Figura 30 Curva de potencia tiacutepica de un aerogenerador de 15kW 91
Figura 31 Curva de potencia tiacutepica de un aerogenerador de 3kW 92
Figura 32 Banco de Bateriacuteas serie-paralelo 96
Figura 33 Montaje del sistema conversor de energiacutea eoacutelica 99
Figura 34 Modelo de flujo de caja 125
Figura 35 Propagacioacuten del sonido y distancia 159
Figura 36 Emisiones sectoriales de CO2 en Colombia para 1990 164
xiv
LISTA DE FOTOS
paacuteg
Foto 1 Poul la Cour y su esposa Christine 26
Foto 2 Aerogeneradores de la Cour 27
Foto 3 Turbina bipala de FL Smidth 28
Foto 4 Turbina tripala de FL Smidth 29
Foto 5 Aerogenerador de Johannes Juul 29
Foto 6 Aerogenerador de Gedser reacondicionado por la NASA 31
Foto 7 Aerogenerador de Riisager 32
Foto 8 Aerogenerador Darrieus de eje vertical 33
Foto 9 Aerogenerador Twind de 2MW 33
Foto 10 Granja eoacutelica en Palm Springs (California) 34
Foto 11 Aerogenerador NEG MICON de 15 MW 36
Foto 12 Superficie terrestre (tomada de un sateacutelite de la NASA NOAA-7
en julio de 1984) 39
Foto 13 Aacuterbol deformado a causa de la incidencia del viento 46
Foto 14 Paisaje llano correspondiente a una rugosidad de 05 50
Foto 15 Maacutequina Darrieus 58
Foto 16 Aerogenerador con rotor a barlovento 59
Foto 17 Aerogenerador con rotor a sotavento 60
Foto 18 Torres tubulares de acero 68
Foto 19 Aerogenerador con torre de celosiacutea 69
Foto 20 Aerogenerador con torre de maacutestil tensado 69
Foto 21 Inversor de 24VCD a 120VCA 97
xv
LISTA DE TABLAS
paacuteg
Tabla 1 Potencia eoacutelica en el mundo al 2002 36
Tabla 2 Potencia eoacutelica instalada en Europa (2002) 37
Tabla 3 Potencia eoacutelica instalada en Norte Ameacuterica (2002) 37
Tabla 4 Potencia eoacutelica instalada en Asia (2002) 37
Tabla 5 Potencia eoacutelica instalada en Aacutefrica (2002) 38
Tabla 6 Potencia eoacutelica instalada en Ameacuterica del Sur y Centroameacuterica (2002) 38
Tabla 7 Potencia eoacutelica instalada en Oceaniacutea (2002) 38
Tabla 8 Escala de Beaufort para la intensidad de viento 47
Tabla 9 Clase y longitud de rugosidad 50
Tabla 10 Tamantildeo tiacutepico de aerogeneradores y su velocidad de rotacioacuten 60
Tabla 11 Datos geograacuteficos de la estacioacuten metereoloacutegica 79
Tabla 12 Direccioacuten predominante y velocidad media diaria del viento en ms
para la estacioacuten ldquoALTO SABOYAacuterdquo 80
Tabla 13 Relaciones generales entre viabilidad y velocidad de viento para su uso
como fuente de energiacutea 84
Tabla 14 Consumo tiacutepico de energiacutea eleacutectrica en la zona de estudio 87
Tabla 15 Bomba Centriacutefuga 88
Tabla 16 Desempentildeo de un aerogenerador de 1kW para la vereda Tibista 90
Tabla 17 Desempentildeo de un aerogenerador de 15kW para la vereda Tibista 91
Tabla 18 Desempentildeo de un aerogenerador de 3kW para la vereda Tibista 93
Tabla 19 Aerogeneradores de 15kW 94
Tabla 20 Bateriacuteas de 220Ah 96
Tabla 21 Inversores de 24VCD a 120VCA 97
Tabla 22 Regulador de 100A 98
xvi
Tabla 23 Alternativa de inversioacuten 1 122
Tabla 24 Alternativa de inversioacuten 2 122
Tabla 25 Alternativa de inversioacuten 3 123
Tabla 26 Costos de montaje del sistema eoacutelico 123
Tabla 27 Costo final de las alternativas 124
Tabla 28 Flujo de caja proyectado para las 3 alternativas 128
Tabla 29 Flujo de caja para la alternativa 1 con cuota inicial del 30 a 24 meses 129
Tabla 30 Flujo de caja para la alternativa 1 con cuota inicial del 30 a 36 meses 130
Tabla 31 Flujo de caja para la alternativa 1 con cuota inicial del 30 a 60 meses 131
Tabla 32 Flujo de caja para la alternativa 2 con cuota inicial del 30 a 24 meses 134
Tabla 33 Flujo de caja para la alternativa 2 con cuota inicial del 30 a 36 meses 135
Tabla 34 Flujo de caja para la alternativa 2 con cuota inicial del 30 a 60 meses 136
Tabla 35 Flujo de caja para la alternativa 3 con cuota inicial del 30 a 24 meses 139
Tabla 36 Flujo de caja para la alternativa 3 con cuota inicial del 30 a 36 meses 140
Tabla 37 Flujo de caja para la alternativa 3 con cuota inicial del 30 a 60 meses 141
Tabla 38 Costo total para la alternativa escogida 144
Tabla 39 Flujo de caja proyectado para la alternativa escogida 144
Tabla 40 Flujo de caja para la alternativa escogida con cuota inicial del 30
a 24 meses 145
Tabla 41 Flujo de caja para la alternativa escogida con cuota inicial del 30
a 36 meses 146
Tabla 42 Flujo de caja para la alternativa escogida con cuota inicial del 30
a 60 meses 147
Tabla 43 Flujo del servicio de energiacutea eleacutectrica actual por 20 antildeos 150
Tabla 44 Emisiones de CO2 en el mundo 156
Tabla 45 Ejemplo de la escala de decibelios dB(A) 158
xvii
LISTA DE ANEXOS
paacuteg
Anexo 1 Ubicacioacuten geograacutefica de la vereda Tibista 182
Anexo 2 Ubicacioacuten geograacutefica de la estacioacuten metereoloacutegica ldquoALTO SABOYAacuterdquo 183
Anexo 3 Regiacutemenes de vientos de la estacioacuten ldquoALTO SABOYAacuterdquo de antildeos
anteriores a 1997 184
Anexo 4 Tarifas de energiacutea eleacutectrica para Boyacaacute y Casanare durante el mes
de mayo de 2002 185
Anexo 5 Flujos de fondos para la alternativa escogida 186
Anexo 6 Corporaciones autoacutenomas regionales de Colombia 187
Anexo 7 Formulario para la solicitud de licencia ambiental 188
xviii
RESUMEN
El objetivo de este proyecto ha sido establecer la factibilidad para la generacioacuten de energiacutea
eleacutectrica mediante un aerogenerador de baja potencia en la vereda Tibista zona rural del
municipio de Saboyaacute ubicado en el departamento de Boyacaacute En esta monografiacutea se
presenta en primer teacutermino una retrospectiva general de la utilizacioacuten de la energiacutea eoacutelica
incluyendo la tecnologiacutea empleada para el aprovechamiento de la misma tambieacuten se
presentan consideraciones teoacutericas y consideraciones a tener en cuenta en el proceso de
transformacioacuten de la potencia del viento en potencia uacutetil a ser obtenida
A partir del anaacutelisis del potencial eoacutelico para el lugar antes mencionado y de la estimacioacuten
del consumo tiacutepico de energiacutea eleacutectrica para una vivienda rural se busca el desempentildeo
oacuteptimo de un aerogenerador realizando un anaacutelisis comparativo entre varias alternativas de
aerogeneradores de diferentes potencias nominales que cumplan con la demanda de
energiacutea eleacutectrica y seleccionando asiacute el que mejor se adapte a las necesidades tanto
teacutecnicas como econoacutemicas
Igualmente el documento realiza un enfoque econoacutemico junto con consideraciones legales
y tributarias tanto internacionales como nacionales con el fin de determinar la factibilidad
del uso de las energiacuteas renovables en este caso particular la energiacutea eoacutelica
Por uacuteltimo se presentan conclusiones y recomendaciones de tipo teacutecnico y econoacutemico
como la factibilidad existente de utilizar la energiacutea eoacutelica como fuente de energiacutea eleacutectrica
para el consumo propio de una zona aislada y sus posibles costos proyectados a un mediano
plazo estas conclusiones y recomendaciones estaacuten dirigidas a viabilizar el uso de fuentes
alternativas en distintas zonas rurales del territorio nacional
xix
INTRODUCCIOacuteN
La utilizacioacuten de energiacuteas alternativas o renovables han cobrado gran importancia en el
mundo en los uacuteltimos antildeos debido a la concientizacioacuten de las personas sobre factores
ambientales y la necesidad de utilizar fuentes de energiacutea maacutes baratas y accesibles
Acontecimientos histoacutericos como la crisis del petroacuteleo de los antildeos setenta y el aumento de
los precios de los combustibles en los uacuteltimos antildeos han obligado a investigar sobre
energiacuteas alternativas y sus escenarios de sustitucioacuten de fuentes convencionales
Debido a que los precios de los combustibles foacutesiles podraacuten aumentar a mediano plazo
dada la limitacioacuten de sus reservas ha surgido una creciente importancia de las energiacuteas
renovables y en particular de la energiacutea eoacutelica Si se tuvieran en cuenta costos externos
como los ambientales la competitividad de estas fuentes renovables seriacutea mucho maacutes
evidente
Ademaacutes con objeto de promover el desarrollo energeacutetico de manera sostenible y racional
sin afectar nuestro medio ambiente e implementar la distribucioacuten a regiones aisladas se
plantea la necesidad de recurrir al uso de dichas fuentes alternativas como lo es la
aerogeneracioacuten ya que masificar el uso de combustibles foacutesiles extender las redes de
interconexioacuten eleacutectrica yo construir nuevos embalses implica costos ambientales y
econoacutemicos injustificables hoy en diacutea Los anteriores son factores que han motivado a
diferentes paiacuteses a utilizar el recurso eoacutelico como fuente de aprovechamiento energeacutetico
Colombia presenta un importante potencial para aprovechar esta tecnologiacutea
Mediante este proyecto se plantea suministrar energiacutea eleacutectrica en zona rural del municipio
de Saboyaacute por medio de un aerogenerador de baja potencia que trabaja con un reacutegimen de
vientos que logra ser el adecuado para la instalacioacuten de equipos de estas caracteriacutesticas y
que no implica alteracioacuten alguna al ecosistema natural aclarando que la aerogeneracioacuten a
baja potencia esta entre un rango de 500W a 20kW
Seleccionando asiacute correctamente el aerogenerador que cumpla eficazmente con la
generacioacuten de energiacutea eleacutectrica se podriacutean implementar para otras zonas del territorio que
no estaacuten conectadas con el sistema eleacutectrico nacional y que tambieacuten presenten condiciones
aceptables de vientos realizando una correcta aplicacioacuten funcionamiento y futuro montaje
de los aerogeneradores
Econoacutemicamente se espera que al transcurrir del tiempo exista una posible recuperacioacuten de
la inversioacuten inicial y que antes de terminar la vida uacutetil del aerogenerador se pueda
implementar yo mejorar la tecnologiacutea Sin embargo estos aspectos econoacutemicos definiraacuten
en la vereda Tibistaacute zona rural de Saboyaacute la factibilidad o rentabilidad que pueda existir
en un proyecto de generar energiacutea eleacutectrica utilizando el recurso natural del viento
En Colombia tenemos que la aerogeneracioacuten de baja potencia es una tecnologiacutea nueva para
el mercado nacional el presente trabajo analiza la factibilidad para tomar decisiones
acertadas acerca de la aplicacioacuten de la energiacutea eoacutelica en el campo de aerogeneracioacuten a baja
potencia en el lugar antes mencionado incluyendo un estudio teacutecnico y econoacutemico para
dejar una base en futuras investigaciones con todos los paraacutemetros necesarios para llevar a
cabo el montaje de este proyecto y ademaacutes que sirva de guiacutea para proacuteximas generaciones
con el fin de incentivar el uso de las energiacuteas renovables en nuestro caso el viento
xxi
PREAacuteMBULO
El constante desarrollo tecnoloacutegico de la humanidad a tenido un protagonista desde los
comienzos de la civilizacioacuten El dios Eolo El llamado dios de los vientos es aprovechado
desde las maacutes remotas eacutepocas Las primeras naves que surcaron los riacuteos lagos y mares
usaban las grandes superficies de sus velas para impulsar los diferentes tipos de naviacuteos y
puede decirse que fue su aprovechamiento un gran avance en la tecnologiacutea de la eacutepoca para
conquistar diferentes tierras en ultramar de hecho la Ameacuterica fue descubierta gracias al
aprovechamiento de la energiacutea eoacutelica Otro avance interesante se vio con el uso de los
molinos de viento para convertir la energiacutea eoacutelica en energiacutea mecaacutenica Asiacute fue posible
aprovechar la energiacutea para la molienda de cereales y para extraer el agua desde acuiacuteferos
ubicados en las entrantildeas de la tierra en los pozos profundos
A pesar de existir evidencia remota de la utilizacioacuten de una u otra forma de los sistemas de
conversioacuten de energiacutea eoacutelica para aprovechar la energiacutea del viento no se tiene una fecha
exacta de las primeras aplicaciones Se sabe que en la China se implementaron
rudimentarios molinos de viento de sencilla construccioacuten para el bombeo del agua varios
siglos AC Ademaacutes en Persia y Medio Oriente existe la evidencia de la utilizacioacuten de
molinos de viento de eje vertical los cuales estaban equipados con una vela de cantildea tejida y
fueron empleados para moler grano esto aproximadamente entre los antildeos 200 a 700 de la
era cristiana
Al pasar del tiempo la utilizacioacuten de la energiacutea eoacutelica se extendioacute por todo el mediterraacuteneo
y paulatinamente se fue introduciendo en Europa fue asiacute como se hicieron grandes mejoras
tecnoloacutegicas en especial por parte de los Holandeses A comienzos del siglo XX se hallaban
en funcionamiento alrededor de un milloacuten de maacutequinas eoacutelicas en todo el mundo para el
bombeo de agua
Posteriormente con el surgir de la maacutequina de vapor y luego el nacimiento y posterior
desarrollo del motor de combustioacuten impulsado por la segunda guerra mundial la energiacutea
eoacutelica dejoacute de ser un factor dominante en la imagen energeacutetica de los paiacuteses desarrollados
La crisis del petroacuteleo de 1973 demostroacute que los combustibles foacutesiles son un recurso
limitado ademaacutes de contaminantes por lo tanto se despierta la necesidad de desarrollar
otras formas de energiacutea con tecnologiacutea moderna Como consecuencia se ha presentado un
creciente intereacutes por la aplicacioacuten de la energiacutea eoacutelica
CLASIFICACIOacuteN Y DESCRIPCIOacuteN DE LAS MAacuteQUINAS DE ENERGIacuteA EOacuteLICA
Baacutesicamente la utilizacioacuten de estas maacutequinas de conversioacuten de energiacutea eoacutelica han sido para
la molienda de granos el bombeo de agua y la generacioacuten de energiacutea eleacutectrica
1 Molienda de granos
Los equipos utilizados para este tipo de trabajo son los molinos de viento claacutesico que se
distinguen fundamentalmente dos tipos de caja giratoria (figura a) y de techo giratorio
(figura b)
Figura a Molino de viento para la molienda de granos de caja giratoria
xxii
Figura b Molino de viento para la molienda de granos de techo giratorio con orientacioacuten
por rotor auxiliar
Se requeriacutea que el molinero estuviese en permanente vigilancia para mantener orientadas
las palas contra el viento La orientacioacuten se haciacutea primitivamente mediante bueyes o mulas
o a veces era el mismo molinero quien se ayudaba con aparejos para hacer girar el
conjunto Los maacutes modernos se orientaban por la accioacuten de dos eoacutelicas auxiliares Las palas
eran de madera generalmente recubiertas de tela Los modelos mediterraacuteneos soliacutean ser a
vela En Espantildea y Portugal existiacutea un sistema muy ingenioso de alarma para avisar al
molinero los cambio de viento Consistiacutea en caacutentaros colocados de una forma particular
sobre las aspas que cuando el viento cambiaba de direccioacuten incidiacutea con cierto aacutengulo sobre
los caacutentaros y los haciacutea sonar
Llegaron a construirse molinos de tipo caja giratoria hasta de 30kW Estas construcciones
funcionaron en Holanda durante maacutes de dos siglos su velocidad variaba de 10 a 40 rpm y
la captacioacuten maacutexima de energiacutea era de un 50
xxiii
2 Bombeo de agua
Este tipo de maacutequinas hicieron su aparicioacuten en Estados Unidos hacia 1870 desde alliacute
pasaron a Europa y al resto del mundo En la actualidad se realiza casi exclusivamente por
maacutequinas que tienen alrededor de 12 a 24 palas (multipala) siendo generalmente simples
chapas de metal curvadas Veacutease figura c
Figura c Aerobomba utilizada para la extraccioacuten de agua
Estas maacutequinas debido a su elevado par de arranque y de trabajar con vientos deacutebiles (de 2
a 35 ms aprox) son ideales para accionar bombas a pistoacuten Estas bombas a su vez
presentan muchas ventajas robustez poco desgaste por trabajar a baja velocidad bajo
precio poca necesidad de mantenimiento rendimiento bastante bueno y capacidad para
bombear desde capas profundas
Tambieacuten se han hecho experiencias de bombeo con maacutequinas de alta velocidad acopladas a
bombas centriacutefugas o a compresores de aire que bombean por emulsioacuten El rendimiento
global de estos sistemas es superior pero su costo es muy elevado
xxiv
3 Generacioacuten de energiacutea eleacutectrica
Los aerogeneradores utilizados para esta funcioacuten tiene un nuacutemero de palas menor que por
lo general va de 2 a 4 tiene la ventaja de ser a igual potencia maacutes livianas que las
maacutequinas utilizadas para el bombeo de agua debido a su menor solidez Tienen el
inconveniente de presentar un bajo par de arranque necesitan vientos de maacutes de 4 ms para
trabajar de manera estable las palas suelen fabricarse en aluminio o fibra de vidrio con
resina epoxi con lo cual se logra tener un menor peso en el aerogenerador Este proyecto se
basaraacute fundamentalmente en este tipo de maacutequinas eoacutelicas para el suministro de energiacutea
eleacutectrica en una zona rural En la figura d se puede observar un tipo de estas maacutequinas
Figura d Montaje tiacutepico de un aerogenerador para el suministro de energiacutea eleacutectrica en
una zona rural
xxv
CAPIacuteTULO 1
1 HISTORIA DE LA ENERGIacuteA EOacuteLICA
11 EL PIONERO DE LA ENERGIacuteA EOacuteLICA POUL LA COUR1
Foto 1 Poul la Cour y su esposa Christine
Poul la Cour (1846-1908) quien tuvo originalmente una formacioacuten como meteoroacutelogo
fue el pionero de las modernas turbinas eoacutelicas generadoras de electricidad Poul la Cour
fue tambieacuten uno de los pioneros de la moderna aerodinaacutemica y construyoacute su propio tuacutenel
de viento para realizar experimentos La Cour se preocupaba del almacenamiento de
energiacutea y utilizaba la electricidad de sus turbinas eoacutelicas para producir electroacutelisis y obtener
asiacute hidroacutegeno para las laacutemparas de gas de su escuela
1 Tomado httpwwwwindpowerorgespictureslacourhtm
27
111 Los aerogeneradores de La Cour
En la foto 2 se observan dos de los aerogeneradores de prueba que en 1897 Poul La Cour
teniacutea en el instituto de Askov Folk (Dinamarca) donde realizaba sus experimentos
Foto 2 Aerogeneradores de la Cour
112 La revista de electricidad eoacutelica
Poul la Cour tambieacuten publicoacute la primera revista de electricidad eoacutelica del mundo
En 1918 unas 120 empresas puacuteblicas de todo el mundo teniacutean un aerogenerador
generalmente del tamantildeo de 20 a 35kW haciendo un total de 3 megavatios de potencia
instalada
28
Sin embargo el intereacutes mundial por la energiacutea eoacutelica decayoacute en los antildeos siguientes aunque
una crisis de suministro durante la Segunda Guerra Mundial hizo que se afianzara
12 PIONEROS DE LA ENERGIacuteA EOacuteLICA 1940-19502
121 Las turbinas de FL Smidth
Foto 3 Turbina bipala de FL Smidth
Durante la segunda guerra mundial la compantildeiacutea danesa de ingenieriacutea FL Smidth (ahora
un fabricante de maquinaria para la industria cementera) construyoacute diversos
aerogeneradores bi y tripala Todas estas maacutequinas al igual que sus predecesoras generaban
CA (corriente alterna)
En la foto 4 se muestra una maacutequina de FL Smidth tripala de la isla de Bogo
(Dinamarca) fabricada en 1942 que formaba parte de un sistema eoacutelico-diesel que regiacutea el
suministro eleacutectrico de la isla En 1951 el generador de CC (corriente continua) fue
sustituido por un generador asiacutencrono de CA haciendo que esta segunda turbina generase
asiacute CA
2 CADIZ DELEITO J amp CABRERO J La energiacutea eoacutelica tecnologiacutea e historia Madrid Espantildea Ed Blume1984
29
Foto 4 Turbina tripala de FL Smidth
13 PIONEROS DE LA ENERGIacuteA EOacuteLICA 1950 ndash 19803
131 Johannes Juul y el aerogenerador de Gedser
El ingeniero Johannes Juul fue uno de los primeros alumnos de Poul la Cour en sus cursos
para electricistas eoacutelicos en 1904 En los antildeos 50 J Juul llegoacute a ser un pionero en el
desarrollo de los primeros aerogeneradores de corriente alterna en el mundo
Foto 5 Aerogenerador de Johannes Juul
3 CADIZ DELEITO J amp CABRERO J La energiacutea eoacutelica tecnologiacutea e historia Madrid Espantildea Ed Blume1984
30
El innovador aerogenerador de Gedser de 200kW fue construido en 1956-57 por J Juul
para la compantildeiacutea eleacutectrica SEAS en la costa de Gedser en la parte sur de Dinamarca
Figura 1 El aerogenerador de Gedser
La turbina tripala con rotor a barlovento con orientacioacuten electromecaacutenica y un generador
asincroacutenico fue un disentildeo pionero de los modernos aerogeneradores aunque su rotor con
cables de acero parezca actualmente algo pasado de moda La turbina disponiacutea de
regulacioacuten por peacuterdida aerodinaacutemica y J Juul inventoacute los frenos aerodinaacutemicos de
emergencia en punta de pala que se sueltan por la fuerza centriacutefuga en caso de
sobrevelocidad
Baacutesicamente el mismo sistema es hoy en diacutea utilizado en los modernos aerogeneradores de
regulacioacuten por peacuterdida aerodinaacutemica El aerogenerador que durante muchos antildeos fue el
maacutes grande del mundo fueacute increiacuteblemente duradero Funcionoacute durante 11 antildeos sin
mantenimiento
El aerogenerador de Gedser fue reacondicionado en 1975 a peticioacuten de la NASA que
queriacutea resultados de medicioacuten de la turbina para el nuevo programa estadounidense de
energiacutea eoacutelica La maacutequina funcionoacute durante pocos antildeos para las mediciones de prueba
antes de ser desmantelada La carcasa y el rotor de la turbina se exponen actualmente en el
Museo de Electricidad de Bjerringbro (Dinamarca)
31
Foto 6 Aerogenerador de Gedser reacondicionado por la NASA
132 Las turbinas Nibe
Despueacutes de la primera crisis del petroacuteleo de 1973 muchos paiacuteses iniciaron su intereacutes en la
energiacutea eoacutelica En el mundo entero las compantildeiacuteas de energiacutea eleacutectrica dirigieron
inmediatamente su atencioacuten a la construccioacuten de grandes aerogeneradores por ejemplo en
Alemania Dinamarca Suecia el Reino Unido y los EEUU En 1979 se construyeron
varios aerogeneradores de 630kW En muchos sentidos las turbinas resultaron
extremadamente costosas y en consecuencia el alto precio de la energiacutea devino un
argumento clave en contra de la energiacutea eoacutelica
14 AEROGENERADORES A PARTIR DE LOS 80
Christian Riisager un carpintero estadounidense construyoacute un pequentildeo aerogenerador de
22kW en su propio jardiacuten utilizando el disentildeo del aerogenerador de Gedser como punto de
partida Utilizoacute componentes estaacutendar que no resultaban costosos (por ej un motor eleacutectrico
como generador partes de un vehiacuteculo como multiplicador y freno mecaacutenico) donde le fue
posible
32
El aerogenerador de Riisager resultoacute ser un eacutexito en muchos casas de campo de todo el
mundo y su eacutexito proporcionoacute la inspiracioacuten para la construccioacuten a partir de los antildeos 80 de
los actuales aerogeneradores
Foto 7 Aerogenerador de Riisager
141 Disentildeos competitivos de turbinas
Algunos disentildeos incluido el de Riisager estaacuten en parte basados en la soacutelida experiencia del
aerogenerador de Gedser o en las claacutesicas rosas de los vientos multipala americanas de
lento movimiento otras eran maacutes revolucionarias incluyendo las maacutequinas Darrieus de eje
vertical (veacutease foto 8) las maacutequinas que utilizan aletas para el control de potencia o
hidraacuteulica para el sistema de transmisioacuten etc La mayoriacutea de maacutequinas eran muy pequentildeas
para los estaacutendares actuales normalmente de 5 a 11kW
33
Foto 8 Aerogenerador Darrieus de eje vertical
142 La maacutequina Twind
La maacutequina Twind de 2MW fue una maacutequina totalmente revolucionaria La maacutequina era
una maacutequina corriente abajo con un diaacutemetro de rotor de 54m girando a velocidad variable
con un generador siacutencrono y con una conexioacuten indirecta a red utilizando electroacutenica de
potencia La maacutequina todaviacutea funciona perfectamente y se encuentra en Dinamarca
Foto 9 Aerogenerador Twind de 2MW
34
Asiacute pues el temprano desarrollo de los aerogeneradores era un lejano clamor de los
programas de investigacioacuten subvencionados por el gobierno sobre grandes maacutequinas
llevados a cabo simultaacuteneamente en Alemania EEUU Suecia el Reino Unido o Canadaacute
Finalmente versiones mejoradas de la claacutesica maacutequina tripala corriente arriba del
aerogenerador de Gedser resultaron ser los ganadores comerciales de esta competicioacuten
143 El gran torrente eoacutelico de California
Foto 10 Granja eoacutelica en Palm Springs (California)
Alrededor de 1985 el mercado de energiacutea eoacutelica en Estados Unidos desaparecioacute de la
noche a la mantildeana con la desaparicioacuten de los esquemas de apoyo californianos a esta
tecnologiacutea Desde entonces soacutelo unas pocas nuevas instalaciones han sido puestas en
servicio aunque finalmente el mercado parece haberse recuperado En efecto una sola
compantildeiacutea la Sea West Energy Corporation de los Estados Unidos creada en 1981 instaloacute
en 14 antildeos entre 1981 y 1995 2610 turbinas eoacutelicas con una potencia total instalada de
392 Megavatios
35
15 INDUSTRIA EOacuteLICA ACTUAL4
Actualmente se maneja a nivel mundial grandes granjas eoacutelicas o parques eoacutelicos que son
un conjunto de aerogeneradores ubicados muy cerca entre si que conforman una central de
energiacutea eleacutectrica utilizando aerogeneradores de 20kW a 2MW de potencia nominal las
maacutequinas de 600 y 750kW continuacutean siendo el soporte de la industria aunque el mercado
de los megavatios despegoacute en los antildeos 90
Figura 2 Crecimiento de la energiacutea eoacutelica en el mundo
El prototipo de la turbina NEG Micon 15MW (veacutease foto 11) fue puesto en
funcionamiento en septiembre de 1995 El modelo original teniacutea un diaacutemetro de rotor de
60 metros y dos generadores de 750kW funcionando en paralelo La versioacuten maacutes reciente
es un modelo 1500750kW (con dos generadores de 750kW) con un diaacutemetro de rotor de
64m
4 Revista Mundo Eleacutectrico Colombiano No40 ABB vislumbra rentable oportunidad de crecimiento Paacutegs127-8 julio ndash septiembre de 2000
36
Foto 11 Aerogenerador NEG MICON de 15MW
La capacidad instalada mundial en MW de energiacutea eoacutelica a enero de 2002 por continente
y por paiacutes con que se cuenta actualmente se puede ilustrar en las siguientes tablas5
Tabla 1 Potencia eoacutelica en el mundo al 2002
CONTINENTE MW
Europa 17360
Norte Ameacuterica 4452
Asia 2241
Aacutefrica 179
Centro-Sur Ameacuterica 125
Oceaniacutea 110
TOTAL 24467
5 Tomado httpwwwwpmconzwindicathtmmercado mundial de la energiacutea eoacutelica
37
Tabla 2 Potencia eoacutelica instalada en Europa (2002)
PAIacuteS MW PAIacuteS MWAlemania 8753 Ucrania 40
Espantildea 3335 Finlandia 39Dinamarca 2417 Beacutelgica 31
Italia 697 Polonia 28Reino Unido 485 Turquiacutea 19
HolandandashP Bajos 483 Noruega 17Suecia 280 Luxemburgo 15Grecia 272 Repuacuteblica Checa 5
Portugal 127 Rusia 5Irlanda 125 Suiza 5Austria 95 Letonia 1Francia 85 Rumania 1TOTAL 17360
Tabla 3 Potencia eoacutelica instalada en Norte Ameacuterica (2002)
PAIacuteS MW
EEUU 4245Canadaacute 207TOTAL 4452
Tabla 4 Potencia eoacutelica instalada en Asia (2002)
PAIacuteS MW PAIacuteS MWIndia 1507 Israel 8China 399 Sri Lanka 3Japoacuten 300 Taiwaacuten 3Iraacuten 11 Jordania 2
Corea de Sur 8TOTAL 2241
Tabla 5 Potencia eoacutelica instalada en Aacutefrica (2002)
38
PAIacuteS MWEgipto 125
Marruecos 54TOTAL 179
Tabla 6 Potencia eoacutelica instalada en Centroameacuterica y Ameacuterica del Sur (2002)
PAIacuteS MW PAIacuteS MWCosta Rica 71 Zona Caribe 13
Brasil 20 Meacutexico 5Argentina 14 Chile 2TOTAL 125
Tabla 7 Potencia eoacutelica instalada en Oceaniacutea (2002)
PAIacuteS MWAustralia 73
Nueva Zelanda 37TOTAL 110
CAPIacuteTULO 2
2 EL RECURSO EOacuteLICO
21 FUENTE DE LA ENERGIacuteA EOacuteLICA
Todas las fuentes de energiacutea renovables (excepto la mareomotriz y la geoteacutermica) e incluso
la energiacutea de los combustibles foacutesiles provienen en uacuteltimo teacutermino del sol El sol irradia
cerca de 10 x 1013 kWh de energiacutea hacia la Tierra en otras palabras la Tierra recibe 1017 W
de potencia Esto supone una energiacutea alrededor de 50 a 100 veces superior a la convertida
en biomasa por todas las plantas de la tierra Las diferencias de temperatura conllevan la
circulacioacuten de aire
Foto 12 Superficie terrestre
(Tomada de un sateacutelite de la NASA NOAA-7 en julio de 1984)
Las regiones alrededor del ecuador a 0deg de latitud son calentadas por el sol maacutes que las
zonas del resto del globo (veacutease foto 12) Estas aacutereas calientes estaacuten indicadas en colores
caacutelidos rojo naranja y amarillo
40
El aire caliente es maacutes ligero que el aire friacuteo por lo que subiraacute hasta alcanzar una altura
aproximada de 10km y se extenderaacute hacia el norte y hacia el sur Si el globo no rotase el
aire simplemente llegariacutea al Polo Norte y al Polo Sur para posteriormente descender y
volver al ecuador6
211 Vientos locales vientos de montantildea
Figura 3 Caracterizacioacuten de los vientos en una montantildea
Las regiones montantildeosas muestran modelos de clima muy interesantes
Un ejemplo es el viento del valle que se origina en las laderas que dan al sur (oacute en las que
dan al norte en el hemisferio sur) Cuando las laderas y el aire proacuteximo a ellas estaacuten
calientes la densidad del aire disminuye y el aire asciende hasta la cima siguiendo la
superficie de la ladera Durante la noche la direccioacuten del viento se invierte convirtieacutendose
en un viento que fluye ladera abajo Si el fondo del valle estaacute inclinado el aire puede
ascender y descender por el valle este efecto es conocido como viento de cantildeoacuten
6 Tomado httpwwwaweaorg
41
22 LA ENERGIacuteA EN EL VIENTO DENSIDAD DEL AIRE Y AacuteREA DE BARRIDO
DEL ROTOR
Figura 4 Representacioacuten del aacuterea barrida por un rotor
Un aerogenerador obtiene su potencia de entrada convirtiendo la fuerza del viento en un par
(fuerza de giro) actuando sobre las aspas del rotor La cantidad de energiacutea transferida al
rotor por el viento depende de la densidad del aire del aacuterea de barrido del rotor y de la
velocidad del viento Esto se puede observar en la figura 4 donde se representa el aacuterea
barrida por un rotor
221 Densidad del aire
La energiacutea cineacutetica de un cuerpo en movimiento es proporcional a su masa (o peso) Asiacute la
energiacutea cineacutetica del viento depende de la densidad del aire es decir de su masa por unidad
de volumen En otras palabras cuanto maacutes pesado sea el aire maacutes energiacutea recibiraacute la
turbina A presioacuten atmosfeacuterica normal y a 15 degC el aire pesa unos 1225 kilogramos por
metro cuacutebico aunque la densidad disminuye ligeramente con el aumento de la humedad
Ademaacutes el aire es maacutes denso cuando hace friacuteo que cuando hace calor A grandes altitudes
(en las montantildeas) la presioacuten del aire es maacutes baja y el aire es menos denso
42
222 Aacuterea de barrido del rotor
Un aerogenerador tiacutepico de 3kW tiene un diaacutemetro del rotor de 4 metros lo que supone un
aacuterea del rotor de unos 1256 metros cuadrados El aacuterea del rotor determina cuanta energiacutea
del viento es capaz de capturar una turbina eoacutelica
Dado que el aacuterea del rotor aumenta con el cuadrado del diaacutemetro del rotor una turbina que
sea dos veces maacutes grande recibiraacute 22 = 2 x 2 = cuatro veces maacutes energiacutea
23 LOS AEROGENERADORES DESVIacuteAN EL VIENTO7
Figura 5 Desviacioacuten del viento producida por un aerogenerador
Un aerogenerador desviaraacute el viento antes incluso de que el viento llegue al plano del rotor
Esto significa que nunca se captura toda la energiacutea que hay en el viento utilizando un
aerogenerador
En la figura 5 se representa el flujo de viento que viene desde la derecha y se usa un
mecanismo para capturar parte de la energiacutea cineacutetica que posee el viento (la figura muestra
un rotor de dos aspas aunque podriacutea haberse tratado de cualquier otro mecanismo)
43
231 Tubo de corriente de aire
El rotor del aerogenerador debe obviamente frenar el viento cuando captura su energiacutea
cineacutetica y la convierte en energiacutea rotacional Esto implica que el viento se moveraacute maacutes
lentamente en la parte izquierda del rotor que en la parte derecha Dado que la cantidad de
aire que pasa a traveacutes del aacuterea barrida por el rotor desde la derecha (por segundo) debe ser
igual a la que abandona el aacuterea del rotor por la izquierda el aire ocuparaacute una mayor seccioacuten
transversal (diaacutemetro) detraacutes del plano del rotor
Este efecto puede apreciarse en la figura 5 donde se muestra un tubo imaginario el
llamado tubo de corriente alrededor del rotor del aerogenerador El tubo de corriente
muestra como el viento movieacutendose lentamente hacia la izquierda ocuparaacute un gran volumen
en la parte posterior del rotor El viento no seraacute frenado hasta su velocidad final
inmediatamente detraacutes del plano del rotor El frenado del viento se produciraacute gradualmente
en la parte posterior del rotor hasta que la velocidad llegue a ser praacutecticamente constante
232 Tubo de corriente de aire ciliacutendrico
Se puede objetar que un aerogenerador girariacutea incluso situaacutendolo dentro de un tubo
ciliacutendrico normal Por supuesto se estaraacute en lo cierto al pensar que el rotor de un
aerogenerador puede girar si se situase dentro de un enorme tubo de cristal como el de la
figura 6 pero ocurre lo siguiente
7 Tomado httpwwwwindpowerorgestourwrestubehtm
44
Figura 6 Corriente de aire en un tubo ciliacutendrico
El viento de la parte izquierda del rotor se mueve a menor velocidad que el de la parte
derecha pero al mismo tiempo se sabe que el volumen de aire que entra al tubo por la
derecha cada segundo debe ser el mismo que el volumen de aire que sale del tubo por la
izquierda Con ello se puede deducir que si el viento encuentra alguacuten obstaacuteculo dentro del
tubo (en este caso el rotor) parte del viento que llega desde la derecha debe ser desviado de
la entrada del tubo (debido a la alta presioacuten del aire en el extremo derecho del tubo)
Por tanto el tubo ciliacutendrico no es una representacioacuten muy exacta de lo que ocurre cuando el
viento encuentra un aerogenerador por lo que la imagen de la figura 5 en forma de botella
es la maacutes cercana a la realidad
24 RELACIOacuteN DE LA POTENCIA DEL VIENTO CON EL CUBO DE LA
VELOCIDAD DEL VIENTO
La velocidad del viento es el factor de mayor importancia para la cantidad de energiacutea que
un aerogenerador puede transformar en electricidad la cantidad de energiacutea que posee el
viento variacutea con el cubo (la tercera potencia) de la velocidad media del viento pej si la
velocidad del viento se duplica la cantidad de energiacutea que contenga seraacute 23 = 2 x 2 x 2 =
ocho veces mayor
45
Figura 7 Graacutefica de la relacioacuten de potencia especiacutefica del viento con la velocidad del
viento
Ahora se puede explicar porque la energiacutea que contiene el viento variacutea con la tercera
potencia de su velocidad En el caso de turbinas eoacutelicas se usa la energiacutea de frenado del
viento por lo que si se dobla la velocidad del viento se tendraacute dos veces maacutes porciones
ciliacutendricas de viento movieacutendose a traveacutes del rotor cada segundo y cada una de esas
porciones contiene cuatro veces maacutes energiacutea
25 MEDICIOacuteN DE LA VELOCIDAD DEL VIENTO ANEMOacuteMETROS
Las mediciones de las velocidades del viento se realizan normalmente usando un
anemoacutemetro de cazoletas (ver figura 8) El anemoacutemetro de cazoletas tiene un eje vertical
tres cazoletas que capturan el viento y una veleta para detectar la direccioacuten del viento el
nuacutemero de revoluciones por segundo son registradas electroacutenicamente En lugar de
cazoletas el anemoacutemetro puede estar equipado con heacutelices aunque no es lo habitual
46
Figura 8 Anemoacutemetro de Cazoletas
Otros tipos de anemoacutemetros incluyen ultrasonidos o anemoacutemetros provistos de laacuteser que
detectan el desfase del sonido o la luz coherente reflejada por las moleacuteculas de aire los hay
tambieacuten de hilo electrocalentado que detectan la velocidad del viento mediante pequentildeas
diferencias de temperatura entre los cables situados en el viento y en la sombra del viento
(cara a sotavento)
26 MEDICIONES DE LA VELOCIDAD DEL VIENTO EN LA PRAacuteCTICA8
261 Informacioacuten empiacuterica
Esta informacioacuten se recoge con base a visitas realizadas al lugar donde las condiciones de
topografiacutea de vegetacioacuten y la investigacioacuten con los habitantes de la regioacuten aportan una
informacioacuten valiosa en la identificacioacuten de los lugares con un alto nivel de velocidad de
viento como se puede ver en la foto 13 en donde se observa la deformacioacuten de un aacuterbol
causada por la incidencia permanente de viento Si ya existen aerogeneradores en el aacuterea
los resultados de produccioacuten son una excelente guiacutea de las condiciones de viento locales
Informacioacuten empiacuterica puntual puede ser deducida a partir de la escala de Beaufort (tabla
8) que indica las caracteriacutesticas de incidencia de viento en la tierra
8 PINILLA S Aacutelvaro Manual de aplicacioacuten de la energiacutea eoacutelica Bogotaacute INEA 1997 p21
47
Foto 13 Aacuterbol deformado a causa de la incidencia del viento
Tabla 8 Escala de Beaufort para la intensidad de viento9
Numero deBeaufort
Velocidad de viento(ms)
Efectos observados en tierra
0 00 ndash 02 Calma humo asciende verticalmente
1 03 ndash 15 El humo indica la direccion del viento aspas demolinos no se mueven
2 16 ndash 33 Se siente el viento en la cara se mueven las hojas delos aacuterboles aspas de molinos se empiezan a mover
3 34 ndash 54 Hojas y ramas pequentildeas se mueven constantementebanderas livianas se extienden
4 55 ndash 79 Polvo hojas y papel en el piso se levanta ramas semueven
5 80 ndash 107 Pequentildeos aacuterboles comienzan a bambolear
6 108 ndash 138 Ramas grandes de los aacuterboles en movimiento silbido
9 OLADE Prospeccioacuten Evaluacioacuten y Caracterizacioacuten de la Energiacutea Eoacutelica Ecuador 1990
48
emana de cuerdas
7 139 ndash 171 Todo aacuterbol se mueve resistencia fuerte al caminarcontra el viento
8 172 ndash 207 Ramitas y ramas de los aacuterboles se rompen caminar esdificil
9 208 ndash 244 Las ramas medianas de los aacuterboles se quiebran
10 245 ndash 283 Los aacuterboles son arrancados y dantildeadas las techumbres
11 284 ndash 325 Destrozos extensos (Borrarsca)
12 326 ndash 369 Destrozos extensos (Huracaacuten)
13 370 ndash 414 Destrozos extensos (Huracaacuten)
14 415 ndash 461 Destrozos extensos (Huracaacuten)
15 462 ndash 508 Destrozos extensos (Huracaacuten)
16 509 ndash 558 Destrozos extensos (Huracaacuten)
17 559 ndash 611 Destrozos extensos (Cicloacuten)
262 Anemoacutemetros totalizadores
El anemoacutemetro deberaacute estar localizado en un lugar donde las condiciones sean limpias con
muy pocos obstaacuteculos alrededor y a una altura de 10m a 12m sobre la superficie del
terreno
Asiacute pues al realizar la lectura el visualizador del odoacutemetro deberaacute estar localizado muy
cerca del suelo ya que las torres para la instalacioacuten de anemoacutemetros por lo general no son
lo suficientemente robustas para sostener el peso de una persona que ascienda para realizar
las lecturas(veacutease figura 9)
Con la recopilacioacuten de esta informacioacuten totalizada y con promedio de velocidad de viento
se caracteriza formalmente el reacutegimen de vientos presente en un lugar identificaacutendose con
gran certeza las variaciones tanto diurnas como mensuales
49
Figura 9 Anemoacutemetro de Recorrido
263 Meacutetodo de correlacioacuten
Este meacutetodo de estimacioacuten permite combinar mediciones realizadas en un lugar especiacutefico
con registradores de velocidad de viento de cualquier tipo con los datos publicados y
suministrados por el servicio de meteorologiacutea (en Colombia el IDEAM y Corporaciones
Regionales) en estaciones aledantildeas al lugar
Se puede realizar mediciones de viento por un periodo corto de tiempo en un lugar (por
ejemplo algunos cuantos meses) y al comparar con datos obtenidos simultaacuteneamente en
una estacioacuten metereoloacutegica cercana al lugar se pueden producir coeficientes numeacutericos de
proporcionalidad a traveacutes de comparar los valores promedios medidos (diurnos yo
mensuales) con los datos publicados por el servicio de meteorologiacutea
27 RUGOSIDAD DEL TERRENO10
A alturas de alrededor de un kiloacutemetro la superficie terrestre apenas ejerce influencia
alguna sobre el viento Sin embargo en las capas maacutes bajas de la atmoacutesfera las velocidades
10 Tomado httpwwwwindpowerorgestourwresshearhtm
50
del viento se ven afectadas por la friccioacuten con la superficie terrestre En la industria eoacutelica
se distingue entre rugosidad del terreno la influencia de los obstaacuteculos y la influencia del
contorno del terreno tambieacuten llamada orografiacutea del aacuterea
En general cuanto maacutes pronunciada sea la rugosidad del terreno mayor seraacute el frenado que
experimente el viento Obviamente los bosques y las grandes ciudades frenan mucho el
viento mientras que las pistas de hormigoacuten de los aeropuertos soacutelo lo frenan ligeramente
las superficies de agua son incluso maacutes lisas que las pistas de hormigoacuten y tendraacuten por tanto
menos influencia sobre el viento mientras que la hierba alta y los arbustos frenaraacuten el
viento de forma considerable
271 Clase y longitud de rugosidad
En la industria eoacutelica la gente suele referirse a clase de rugosidad o longitud de rugosidad
cuando se trata de evaluar las condiciones eoacutelicas de un paisaje (ver tabla 9) Una alta
rugosidad de clase 3 oacute 4 se refiere a un paisaje con muchos aacuterboles y edificios mientras que
a la superficie del mar le corresponde una rugosidad de clase 0
Las pistas de hormigoacuten de los aeropuertos pertenecen a la clase de rugosidad 05 al igual
que el paisaje abierto y llano abierto (ver foto 14) El teacutermino longitud de rugosidad es en
realidad la distancia sobre el nivel del suelo a la que teoacutericamente la velocidad del viento
deberiacutea ser nula
Tabla 9 Clase y longitud de rugosidad
Clase derugosidad
Longitudde
rugosidad(m)
Iacutendicede
energiacutea()
Tipo de paisaje
51
0 00002 100 Superficie del agua
05 00024 73Terreno completamente abierto con una superficie lisapej pistas de hormigoacuten en los aeropuertos ceacutespedcortado etc
1 003 52 Aacuterea agriacutecola abierta sin cercados ni setos y con edificiosmuy dispersos Soacutelo colinas suavemente redondeadas
15 0055 45 Terreno agriacutecola con algunas casas y setos resguardantes de8 metros de altura con una distancia aproximada de 1250m
2 01 39 Terreno agriacutecola con algunas casas y setos resguardantes de8 metros de altura con una distancia aproximada de 500m
25 02 31Terreno agriacutecola con muchas casas arbustos y plantas osetos resguardantes de 8 metros de altura con una distanciaaproximada de 250m
3 04 24Pueblos ciudades pequentildeas terreno agriacutecola con muchoso altos setos resguardantes bosques y terreno accidentado ymuy desigual
35 08 18 Ciudades maacutes grandes con edificios altos
4 16 13 Ciudades muy grandes con edificios altos y rascacielos
Foto 14 Paisaje llano correspondiente a una rugosidad de 05
28 VARIABILIDAD DE LA VELOCIDAD DEL VIENTO
281 Variabilidad del viento a corto plazo
La velocidad del viento estaacute siempre fluctuando por lo que el contenido energeacutetico del
viento variacutea continuamente La fluctuacioacuten depende tanto de las condiciones climaacuteticas
como de las condiciones de superficie locales y de los obstaacuteculos la produccioacuten de energiacutea
52
de una turbina eoacutelica variaraacute conforme variacutee el viento aunque las variaciones maacutes raacutepidas
seraacuten hasta cierto punto compensadas por la inercia del rotor del aerogenerador
Figura 10 Ejemplo de la variabilidad de la velocidad de viento de un sitio determinado
282 Variaciones diurnas (noche y diacutea) del viento
En la mayoriacutea localizaciones del planeta el viento sopla maacutes fuerte durante el diacutea que
durante la noche La figura 11 muestra en intervalos de 3 horas como variacutea la velocidad
del viento a lo largo del diacutea en una ubicacioacuten de un aerogenerador especifico
esta variacioacuten se debe a las diferencias de temperatura El viento presenta tambieacuten maacutes
turbulencias y tiende a cambiar de direccioacuten maacutes raacutepidamente durante el diacutea que durante la
noche Desde el punto de vista de los propietarios de aerogeneradores el hecho de que la
mayor parte de la energiacutea eoacutelica se produzca durante el diacutea es una ventaja ya que el
consumo de energiacutea entonces es mayor que durante la noche
53
Figura 11 Ejemplo de la variacioacuten diaria del viento de un sitio determinado
29 OBSTAacuteCULOS AL VIENTO
Los obstaacuteculos del viento tales como edificios aacuterboles formaciones rocosas etc pueden
disminuir la velocidad del viento de forma significativa y a menudo crean turbulencias en
torno a ellos
Figura 12 Vista lateral de la corriente de viento alrededor de un obstaacuteculo
Como puede verse en la figura 12 cuando las corrientes de viento fluyen alrededor de un
obstaacuteculo la zona de turbulencias puede extenderse hasta una altura alrededor de 3 veces
superior a la altura del obstaacuteculo La turbulencia es maacutes acusada detraacutes del obstaacuteculo que
delante de eacutel Asiacute pues lo mejor es evitar grandes obstaacuteculos cerca de las turbinas eoacutelicas y
en particular si se encuentran en la parte donde sopla en viento dominante es decir en
frente de la turbina
Figura 13 Vista superior de la corriente de aire alrededor de un obstaacuteculo
54
291 Resguardo tras los obstaacuteculos
Los obstaacuteculos disminuiraacuten la velocidad del viento corriente abajo del obstaacuteculo Esta
disminucioacuten depende de la porosidad del obstaacuteculo es decir de que tanta resistencia posea
el obstaacuteculo al paso del viento (la porosidad se define como el aacuterea libre dividida por el
aacuterea total del objeto de cara al viento) Obviamente un edificio es soacutelido y no tiene
porosidad mientras que un aacuterbol completamente abierto en invierno (sin hojas) puede dejar
pasar a su traveacutes maacutes de la mitad del viento Sin embargo en verano el follaje puede ser
muy denso con lo que puede hacer disminuir la porosidad hasta dejarla en una tercera
parte El efecto de frenado del viento que un obstaacuteculo produce aumenta con la altura y la
longitud del mismo obviamente el efecto seraacute maacutes pronunciado cerca del obstaacuteculo y
cerca del suelo
210 EFECTOS ACELERADORES11
2101 Efecto tuacutenel
Si se toma un camino entre dos edificios altos o en un paso estrecho entre montantildeas se
observaraacute que se da el mismo efecto el aire se comprime en la parte de los edificios o de la
montantildea que estaacute expuesta al viento y su velocidad crece considerablemente entre los
obstaacuteculos del viento
11 Tomado httpwwwwindpowerorgestourspeeduphtm
55
Figura 14 Representacioacuten graacutefica del efecto tuacutenel
Esto es lo que se conoce como efecto tuacutenel (figura 14) Asiacute pues incluso si la velocidad
normal del viento en un terreno abierto puede ser de 6 metros por segundo en un tuacutenel
natural puede faacutecilmente alcanzar los 9 metros por segundo
Situar un aerogenerador en un tuacutenel de este tipo es una forma inteligente de obtener
velocidades del viento superiores a las de las aacutereas colindantes Para obtener un buen efecto
tuacutenel el tuacutenel debe estar suavemente enclavado en el paisaje
En el caso de que las colinas sean muy accidentadas puede haber muchas turbulencias en
esa aacuterea es decir el viento soplaraacute en muchas direcciones diferentes y con cambios muy
raacutepidos Si hay muchas turbulencias la ventaja que supone la mayor velocidad del viento se
veraacute completamente anulada y los cambios en el viento pueden causar dantildeos y desgastes
innecesarios en el aerogenerador
2102 Efecto de la colina
Una forma corriente de emplazar aerogeneradores es situaacutendolos en colinas o estribaciones
dominando el paisaje circundante (figura 15a) En particular siempre supone una ventaja
tener una vista lo maacutes amplia posible en la direccioacuten del viento dominante en el aacuterea
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Figura 15a Representacioacuten graacutefica del efecto de la colina
En las colinas siempre se aprecian velocidades de viento superiores a las de las aacutereas
circundantes Una vez maacutes esto es debido a que el viento es comprimido en la parte de la
montantildea que da al viento y una vez el aire alcanza la cima de la colina puede volver a
expandirse al descender hacia la zona de bajas presiones por la ladera a sotavento de la
colina
Figura 15b Vista lateral del efecto de la colina
Como se observa en la figura 15b el viento empieza a inclinarse alguacuten tiempo antes de
alcanzar la colina debido a que en realidad la zona de altas presiones se extiende hasta una
distancia considerable enfrente de la colina Tambieacuten el viento se hace muy irregular una
vez pasa a traveacutes del rotor del aerogenerador
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Al igual que en el efecto tuacutenel si la colina es escarpada o tiene una superficie accidentada
puede haber una cantidad de turbulencias significativa que puede anular la ventaja que
supone tener unas velocidades de viento mayores
CAPIacuteTULO 3
3 ASPECTOS TEOacuteRICOS
31 TECNOLOGIacuteA DE AEROGENERADORES12
311 Eje
3111 Aerogeneradores de eje horizontal
La mayor parte de la tecnologiacutea de aerogeneradores utilizada en la energiacutea eoacutelica son de eje
horizontal o HAWTs (horizontal axis wind turbines) La finalidad del rotor es la de
convertir el movimiento lineal del viento en energiacutea rotacional que pueda ser utilizada para
hacer funcionar el generador El mismo principio baacutesico es el que se utiliza en las modernas
turbinas hidraacuteulicas en las que la corriente de agua es paralela al eje de rotacioacuten de los
alabes de la turbina
3112 Aerogeneradores de eje vertical
Los aerogeneradores de eje vertical o VAWTs son como las norias (maacutequinas para sacar
agua compuesta de un engranaje y un tambor que lleva colgada una serie vasijas) asiacute
algunos tipos de turbinas de eje vertical realmente tambieacuten podriacutean trabajar con un eje
horizontal aunque apenas seriacutean capaces de mejorar la eficiencia de una turbina de tipo
heacutelice La uacutenica turbina de eje vertical que ha sido comercialmente fabricada para diversas
capacidades es la maacutequina Darrieus que debe su nombre al ingeniero franceacutes Georges
Darrieus quien patentoacute el disentildeo en 1931
12 MANATTINI Martiacuten Sistema conversor de energiacutea eoacutelica a 10kW Buenos Aires 2000 Trabajo de grado(Ingeniero Mecaacutenico) Universidad del Rosario Facultad de Ingenieriacutea Mecaacutenica
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La maacutequina Darrieus se caracteriza por sus palas en forma de C que le hacen asemejarse a
un batidor de huevos Normalmente se construye con dos o tres palas(ver foto 15)
Foto 15 Maacutequina Darrieus
Las principales ventajas teoacutericas de una maacutequina de eje vertical son
1 Puede situar el generador el multiplicador etc en el suelo y puede no tener que
necesitar una torre para la maacutequina
2 No necesita un mecanismo de orientacioacuten para girar el rotor en contra del viento
Las principales desventajas son
1 A pesar que se puede evitar la torre las velocidades de viento seraacuten maacutes bajas en la
parte inferior (sitio del montaje del rotor)
2 La eficiencia promedio de las maacutequinas de eje vertical no es tan alta
3 La maacutequina no es de arranque automaacutetico es decir una maacutequina Darrieus
necesitaraacute un empuje antes de arrancar Sin embargo se puede utilizar el
generador como motor absorbiendo corriente de red para arrancar la maacutequina
4 La maacutequina puede necesitar cables tensores que la sujeten aunque esta solucioacuten no
es practicable en aacutereas muy cultivadas
5 Para sustituir el cojinete principal del rotor se necesita desmontar el rotor (esto es
aplicable tanto en las maacutequinas de eje horizontal como en las de eje vertical) En el
caso de las maacutequinas verticales esto implica que todo el sistema deberaacute ser
desmontado
59
312 Rotor
El rotor de una turbina eoacutelica es la parte esencial para conversioacuten de energiacutea cineacutetica del
aire en energiacutea mecaacutenica rotacional uacutetil en el eje se compone de las aspas y el cubo
(elemento de sujecioacuten de las aspas y conexioacuten del eje del equipo)
3121 Maacutequinas con rotor a barlovento
Las maacutequinas con rotor a barlovento tienen el rotor de cara al viento la gran mayoriacutea de los
aerogeneradores tienen este disentildeo La principal ventaja de los disentildeos corriente arriba es
que se evita el abrigo del viento tras la torre Por otro lado tambieacuten hay algo de abrigo
enfrente de la torre es decir el viento empieza a desviarse de la torre antes de alcanzarla
incluso si la torre es redonda y lisa
Foto 16 Aerogenerador con rotor a barlovento
El principal inconveniente de los disentildeos corriente arriba es que el rotor necesita ser
bastante inflexible y estar situado a una cierta distancia de la torre Ademaacutes una maacutequina
corriente arriba necesita un mecanismo de orientacioacuten para mantener el rotor de cara al
viento
60
3122 Maacutequinas con rotor a sotavento
Foto 17 Aerogenerador con rotor a sotavento
Las maacutequinas con rotor a sotavento tienen el rotor situado en la cara a sotavento de la torre
La ventaja teoacuterica que tienen es que pueden ser construidos sin un mecanismo de
orientacioacuten ya que el rotor y la carcasa tienen un disentildeo apropiado que hace que la carcasa
siga al viento pasivamente
La siguiente tabla relaciona el tamantildeo la potencia nominal del equipo y la velocidad tiacutepica
de rotacioacuten del rotor para una velocidad de viento nominal de 12ms
Tabla 10 Tamantildeo tiacutepico de aerogeneradores y su velocidad de rotacioacuten
Diaacutemetro del
rotor (m)
Potencia nominal a 12
ms del viento
Velocidad de rotacioacuten
tiacutepica (rpm)
10 100W 1000
25 1kW 500
70 8kW 200
175 50kW 80
250 100kW 50
400 260kW 35
Estos valores estaacuten sujetos a variaciones dependiendo de las caracteriacutesticasdel lugar de instalacioacuten del aerogenerador
61
313 Nuacutemero de aspas13
3131 Tripala
La mayoriacutea de aerogeneradores modernos tienen disentildeos tripala con el rotor a barlovento
en la cara de la torre que da al viento usando motores eleacutectricos en sus mecanismos de
orientacioacuten A este disentildeo se le suele llamar el claacutesico concepto daneacutes y tiende a
imponerse como estaacutendar al resto de conceptos evaluados La gran mayoriacutea de las turbinas
vendidas en los mercados mundiales poseen este disentildeo El concepto baacutesico fue introducido
por primera vez por el ceacutelebre aerogenerador de Gedser Otra de las caracteriacutesticas es el uso
de un generador asiacutencrono
Figura 16 Aerogenerador de tres aspas
3132 Bipala (oscilantebasculante)
Los disentildeos bipala de aerogeneradores tienen la ventaja de ahorrar el costo de una aspa y
por su puesto su peso Sin embargo suelen tener dificultades para penetrar en el mercado
en parte porque necesitan una mayor velocidad de giro para producir la misma energiacutea de
salida Esto supone una desventaja tanto en lo que respecta al ruido como al aspecto visual
Aproximadamente desde principios de los antildeos 90 varios fabricantes tradicionales de
maacutequinas bipala han optado por cambiar a disentildeos tripala
13 Tomado httpwwwwindpowerorgestourdesignconceptshtm
62
Figura 17a Aerogenerador de dos aspas
Las maacutequinas bi y monopala requieren de un disentildeo maacutes complejo con un rotor basculante
(buje oscilante) como el que se muestra en la figura 17b es decir el rotor tiene que ser
capaz de inclinarse con el fin de evitar fuertes sacudidas en la turbina cada vez que una de
las aspas pase por la torre Asiacute pues el rotor estaacute montado en el extremo de un eje
perpendicular al eje principal y que gira junto con el eje principal Esta disposicioacuten puede
necesitar de amortiguadores adicionales que eviten que las aspas del rotor choquen contra
la torre
Figura 17b Aerogenerador de dos aspas con rotor basculante
63
3133 Monopala
Los aerogeneradores monopala existen y ahorran el costo de otra aspa sin embargo los
aerogeneradores monopala no estaacuten muy extendidos comercialmente pues los
inconvenientes de los bipala tambieacuten son aplicables e incluso en mayor medida a las
maacutequinas monopala
Figura 18a Aerogenerador de una aspa
Ademaacutes de una mayor velocidad de giro y de los problemas de ruido y de intrusioacuten visual
necesitan un contrapeso en el lado del buje opuesto a la aspa que equilibre el rotor (veacutease
figura 18b) Obviamente esto anula el ahorro de peso comparado con un disentildeo bipala
Figura 18b Disposicioacuten del contrapeso de un aerogenerador monopala
64
314 Generador
Figura 19 Disposicioacuten tiacutepica de elementos de un aerogenerador
El aerogenerador convierte la energiacutea mecaacutenica en energiacutea eleacutectrica Los aerogeneradores
son algo inusuales si se les compara con los otros equipos generadores que suelen
encontrarse conectados a la red eleacutectrica
Una de las razones es que el generador debe trabajar con una fuente de potencia el rotor de
la turbina eoacutelica que suministra una potencia mecaacutenica muy variable (momento torsor)
3141 Generadores de corriente continua
El dinamo es una maquina eleacutectrica sencilla que se viene utilizando desde hace mucho
tiempo y que no presenta demasiadas complicaciones Su mayor inconveniente tal vez es
que utiliza escobillas en el colector lo que exige un mantenimiento superior al de los
alternadores
En los dinamos el inducido es el rotor la corriente generada en las bobinas inducidas es
alterna pero la salida se obtiene mediante dos semianillos en un giro por dos escobillas
colectoras que con el tiempo se desgastan Las bobinas inductoras se encuentran en el
estator y son alimentadas en serie o en paralelo por la corriente generada por la propia
maquina El arranque se realiza utilizando el magnetismo remanente en los polos inducidos
65
3142 Generadores de excitacioacuten o sincronos
Los generadores sincronos son alternadores claacutesicos que reciben la corriente de excitacioacuten
en forma de corriente continua bien sea desde una fuente exterior o desde otro alternador
auxiliar con rectificador incorporado Estos alternadores presentan ventajas sobre los
dinamos debido a que proporcionan mayor potencia con el mismo peso y a que trabajan a
un margen de revoluciones maacutes amplio Otra ventaja importante es que reciben la corriente
inductora en el motor a traveacutes de dos anillos completos por los que se deslizan las
escobillas y por los que pasan solo bajas intensidades resultando maacutes robustos que los
dinamos y con menos requisitos de mantenimiento Finalmente los alternadores sincronos
funcionan siempre de forma muy regular y pueden trabajar tanto en paralelo con la red
como alimentando sistemas eoacutelicos autoacutenomos
3143 Generadores de induccioacuten o asiacutencronos
Los generadores de induccioacuten reciben la corriente de excitacioacuten de una fuente exterior que
puede ser la red o alguacuten generador auxiliar pero en cualquier caso se trata de una corriente
alterna que crea un campo magneacutetico alterno de la misma frecuencia en el inductor
Los sistemas de control de los generadores de induccioacuten tienen la ventaja de que utilizan u
rotor jaula de ardilla el cual no necesita ni anillos ni escobillas Sin embargo el hecho de
depender de la red limita su aplicacioacuten y hay que prever los efectos de posibles fallos en la
alimentacioacuten o sobretensiones que ocurren con relativa frecuencia en las redes rurales
3144 Voltaje generado (tensioacuten)
Los generadores anteriormente mencionados pueden producir corriente alterna o corriente
directa Los equipos eoacutelicos de generacioacuten producen electricidad a una variedad de voltajes
desde 12 a 24VDC para carga de bateriacuteas o desde 120 a 240VCA para interconexioacuten con
la red eleacutectrica aunque se pueden conseguir otros voltajes seguacuten necesidad
En grandes aerogeneradores (alrededor de 100-150kW) el voltaje generado por la turbina
suele ser de 690V de corriente alterna trifaacutesica CA Posteriormente la corriente es enviada
a traveacutes de un transformador anexo a la turbina (o dentro de la torre) para aumentar su
voltaje entre 10000 y 30000V dependiendo del estaacutendar de la red eleacutectrica local
66
3145 Sistema de refrigeracioacuten
Todos los tipos de generadores necesitan refrigeracioacuten durante su funcionamiento En la
mayoriacutea de turbinas la refrigeracioacuten se lleva a cabo mediante encapsulamiento del
generador en un conducto utilizando un gran ventilador para la refrigeracioacuten por aire
aunque algunos fabricantes usan generadores refrigerados por agua Los generadores
refrigerados por agua pueden ser construidos de forma maacutes compacta lo que tambieacuten les
proporciona algunas ventajas en cuanto a rendimiento eleacutectrico se refiere aunque precisan
de un radiador en la carcasa para eliminar el calor del sistema de refrigeracioacuten por liacutequido
3146 Opciones de disentildeo en generadores y conexioacuten a red
Las turbinas eleacutectricas pueden ser disentildeadas tanto con generadores siacutencronos como
asiacutencronos y con varias formas de conexioacuten directa o conexioacuten indirecta a red del
generador
La conexioacuten directa a red significa que el generador estaacute conectado directamente a la red
de corriente alterna (generalmente trifaacutesica) La conexioacuten indirecta a red significa que la
corriente que viene de la turbina pasa a traveacutes de una serie de dispositivos eleacutectricos que
ajustan la corriente para igualarla a la de la red En generadores asiacutencronos esto ocurre de
forma automaacutetica
315 Sistema de transmisioacuten14
Este sistema convierte la energiacutea rotacional suministrada por la turbina a traveacutes de su eje
en movimiento para alimentacioacuten del generador eleacutectrico En sistemas pequentildeos (menos de
10kW de potencia eleacutectrica nominal) se utiliza comuacutenmente generadores de imanes
permanentes especialmente disentildeados para ser aclopados a turbinas eoacutelicas y por tanto no
se utiliza una caja de aumento de velocidad de rotacioacuten realizaacutendose una conexioacuten directa
entre el rotor y el generador teniendo en cuenta que la turbina eoacutelica gira entre 30 y 100
rpm dependiendo su diaacutemetro
14 PINILLA S Aacutelvaro Manual de aplicacioacuten de la energiacutea eoacutelica Bogotaacute DC INEA 1997 p43
67
3151 Sistema de transmisioacuten sin engranajes
Se usan generadores multipolos de baja velocidad de grandes dimensiones que implica
cierta desventaja en el transporte especialmente en la magnitud de los MW de otro lado el
nuacutemero de partes de maquinaria se reduce considerablemente (caja de engranajes
elementos de acople pocos elementos rotacionales) ademaacutes el disentildeo de la carcasa se
simplifica se usa en combinacioacuten de un control por peacuterdidas aerodinaacutemicas y un sistema de
orientacioacuten eleacutectrico de la turbina se evita asiacute mismo cualquier lubricacioacuten esta es una
ventaja de mantenimiento y operacioacuten Los costos son mayores con respecto a la
transmisioacuten con engranajes Su aplicacioacuten es muy limitada debido a la dificultad en el
transporte como consecuencia de su gran tamantildeo y tambieacuten por su alto costo
3152 Sistema de transmisioacuten con engranajes
Es la forma tradicional de disentildear una turbina esta es la unioacuten entre el rotor y el generador
por medio de una transmisioacuten de engranajes y acoples Su costo es menor presenta una
carcasa maacutes compacta lo cual es posible con la integracioacuten de muchos componentes dentro
de la caja de engranajes correctamente disentildeado es capaz de tener una vida uacutetil de 20 antildeos
aproximadamente y el cambio de aceite lubricante puede ser hecho pocas veces La gran
mayoriacutea de fabricantes de aerogeneradores en todo el mundo utiliza este sistema ya que su
tamantildeo se reduce considerablemente asiacute como su costo
316 Torres
La torre del aerogenerador soporta la carcasa y el rotor En los grandes aerogeneradores las
torres tubulares pueden ser de acero de celosiacutea o de hormigoacuten
Las torres tubulares tensadas con cables de acero solo se utilizan en aerogeneradores de
baja potencia (cargadores de bateriacuteas etc)
68
3161 Torres tubulares de acero
La mayoriacutea de los grandes aerogeneradores actualmente se instalan con torres tubulares de
acero como las de la foto 18 fabricadas en secciones de 20-30metros con bridas en cada
uno de los extremos y son unidas con pernos Las torres son tronco-coacutenicas es decir con
un diaacutemetro creciente hacia la base con el fin de aumentar su resistencia y al mismo tiempo
ahorrar material
Foto 18 Torres tubulares de acero
3162 Torres de celosiacutea
Las torres de celosiacutea son fabricadas utilizando perfiles de acero soldados La ventaja baacutesica
de las torres de celosiacutea es su costo puesto que una torre de celosiacutea requiere soacutelo la mitad de
material que una torre tubular sin sustentacioacuten adicional con la misma rigidez La principal
desventaja de este tipo de torres es su apariencia visual En cualquier caso por razones
esteacuteticas las torres de celosiacutea han desaparecido praacutecticamente en los grandes
aerogeneradores modernos
69
Foto 19 Aerogenerador con torre de celosiacutea
3163 Torres de maacutestil tensadas con cables de acero
Muchos de los aerogeneradores pequentildeos estaacuten construidos con delgadas torres de maacutestil
sostenidas por cables tensores La ventaja es el ahorro de peso y por lo tanto de costo La
desventaja es el difiacutecil acceso a las zonas alrededor de la torre
Finalmente este tipo de torres es maacutes propensa a sufrir actos vandaacutelicos lo que
compromete la seguridad del conjunto
Foto 20 Aerogenerador con torre de maacutestil tensado
70
317 Sistema eleacutectrico15
La conversioacuten de energiacutea de muchas turbinas modernas puede ser dividida en 3 conceptos
principales maacutequinas con velocidad constante maacutequinas con 1 o 2 velocidades y maacutequinas
de velocidad variable Los 3 principales componentes para conversioacuten de energiacutea en
turbinas eoacutelicas son rotor caja de engranajes y generador
En las maacutequinas de velocidad constante el generador es directamente conectado a la red
principal (esta red es la del sistema de transmisioacuten) La frecuencia de la red determina la
velocidad rotacional del generador y asiacute la del rotor
La baja velocidad rotacional del rotor de la turbina (Vrotor) es trasladada a la velocidad
rotacional del generador con la relacioacuten de transmisioacuten (r) de la caja de engranajes La
velocidad de generador depende del nuacutemero de polos (p) y la frecuencia de la red (Fred)
rVV generadorrotor ==== pFV redgenerador ==== prFV redrotor ====
Las ventajas maacutes grandes de las turbinas eoacutelicas con generadores asiacutencronos son
1 La simple y econoacutemica construccioacuten
2 No existen mecanismos de sincronizacioacuten
Como desventajas se tiene
1 Las altas corrientes de arranque
2 Su demanda por potencia reactiva
En maacutequinas de velocidad variable el generador es conectado a la red por un sistema
inversor electroacutenico o el embobinado de excitacioacuten del generador es movido por una
frecuencia externa de un inversor
15 URIBE C Juan P Estudio sobre la viabilidad teacutecnica y econoacutemica del uso de sistemas hiacutebridos para lageneracioacuten de energiacutea eleacutectrica Bogotaacute DC 1996 Trabajo de grado (Ingeniero Eleacutectrico) Universidad delos Andes Facultad de Ingenieriacutea Eleacutectrica
71
En el primer caso se habla de sistemas generadores con corriente directa asociada al
inversor y en el segundo caso se habla de sistemas del generador asincroacutenico doble
La idea baacutesica de la turbina de velocidad variable es la posibilidad de separacioacuten de la
velocidad rotacional del generador y asiacute del rotor de la frecuencia de la red El rotor puede
operar con velocidad variable ajustado a la velocidad del viento actual de la situacioacuten
Las principales ventajas son
1 Reduccioacuten de la potencia
2 Reduccioacuten de las fluctuaciones de carga mecaacutenicas cambiando la energiacutea eoacutelica en
energiacutea rotacional del rotor de la turbina
3 Mejor ajuste de la velocidad del rotor para operar con un coeficiente de potencia
maacuteximo
3171 Conexioacuten a la red de las turbinas
La conexioacuten de las turbinas a los sistemas suplementarios es posible a
1 Sistemas de bajo voltaje para turbinas pequentildeas a medianas hasta 300kW
2 Sistemas de voltaje medio para turbinas medianas a grandes y pequentildeas a medianas
granjas eoacutelicas hasta 10 a 15MW
3 Sistemas de voltaje alto grandes granjas eoacutelicas
Muchas de las turbinas son conectadas al sistema de voltaje medio debido a las altas
peacuterdidas en los voltajes de liacutenea bajos
Cada una de la turbinas en las granjas eoacutelicas tienen un propio transformador del nivel de
voltaje medio Para granjas eoacutelicas grandes se requiere una subestacioacuten separada por la
transformacioacuten del sistema de voltaje medio al sistema de voltaje alto requerido
72
32 EXTRACCIOacuteN DE POTENCIA16
Los aerogeneradores usan la energiacutea eoacutelica del flujo de viento Sus rotores reducen la
velocidad del viento V1 a una velocidad V2 detraacutes del rotor (ver figura 20)
Figura 20 Caracterizacioacuten del viento para la extraccioacuten de potencia en un aerogenerador
Para evaluar la energiacutea contenida por el viento se deben hacer las siguientes
consideraciones
El viento en el momento de pasar a traveacutes del rotor del aerogenerador lleva una energiacutea
que es igual a
]Julios[vm50E2
VVv ==== (1)
Donde
Ev Energiacutea cineacutetica [J]
vV Velocidad del viento [ms]
mV Masa del viento [kg]
16 RESTREPO V Aacutelvaro H Aerogeneracioacuten experimental de baja potencia Bogotaacute DC 1998 Trabajo demagiacutester (Ingeniero Mecaacutenico) Universidad de los Andes Facultad de Ingenieriacutea Mecaacutenica
73
Como el viento que pasa a traveacutes del rotor no se acumula la cantidad de masa de viento
por unidad de tiempo que esta antes del rotor es la misma despueacutes de haber pasado por el
Es decir
]skg[vAm vrvv ρρρρ==== (2)
Donde
mv Flujo maacutesico del viento [kgs]
ρρρρv Densidad del viento [kgm3] (aprox 12kgm3)
Ar Aacuterea barrida por el rotor [m2]
vv Velocidad del viento [ms]
La potencia que tiene el viento dividiendo por la unidad de tiempo la ecuacioacuten (1) es
]vatios[vm50P 2vvv ==== (3)
Si se reemplaza la ecuacioacuten (2) en la ecuacioacuten (3) se obtiene la potencia eoacutelica medida en
vatios la cual es directamente proporcional al cubo de su velocidad
]vatios[vA50P 3vrvv ρρρρ==== (4)
En donde
Pv Potencia del viento en vatios [W]
Sin embargo no toda la potencia del viento puede ser convertida a energiacutea mecaacutenica del
rotor si toda la potencia se aprovechara la velocidad del viento detraacutes del rotor seria igual
a cero Como esto no sucede existe un liacutemite para la extraccioacuten de dicha potencia
denominado el liacutemite de Betz
74
321 Potencia maacutexima uacutetil extraiacuteda al viento
El porcentaje maacuteximo teoacuterico que se puede obtener de la potencia del viento teniendo en
cuenta el liacutemite de Betz es entonces
]vatios)[vA50(5930P 3vrvUV ρρρρ==== (5)
Donde
PUV Potencia maacutexima uacutetil extraiacuteda del viento [W]
0593 Liacutemite de Betz (Coeficiente de desarrollo)
El coeficiente de desarrollo [Cp] en condiciones ideales es 1627 = 0593 el cual se va
explicar seguidamente de acuerdo con la ley de Betz
3211 La ley de Betz
La ley de Betz fue formulada por primera vez por el fiacutesico alemaacuten Albert Betz en 1919 y
dice que ldquosoacutelo puede convertirse menos de 1627 (el 59) de la energiacutea cineacutetica en
energiacutea mecaacutenica usando un aerogeneradorrdquo
3212 Demostracioacuten de la ley de Betz17
Se considera cosa bastante razonable que la velocidad promedio del viento a traveacutes del
aacuterea del rotor es el promedio de la velocidad del viento sin perturbar antes de la turbina
eoacutelica v1 y la velocidad del viento despueacutes de su paso por el plano del rotor v2 (veacutease
figura 20) esto es
(((( )))) 22v1v ++++ (6)
La masa de la corriente de aire a traveacutes del rotor durante un segundo es
2)2v1v(Am rv ++++==== ρρρρ (7)
75
Donde
m Masa por segundo
ρρρρv Densidad del aire
Ar Aacuterea barrida por el rotor
[(v1+v2)2] Velocidad del viento promedio a traveacutes del aacuterea del rotor
La potencia del viento extraiacuteda por el rotor es igual a la masa por la diferencia de los
cuadrados de la velocidad del viento (de acuerdo con la segunda ley de Newton)
)2v1v(m)21(P 22 minusminusminusminus==== (8)
Sustituyendo en esta expresioacuten la m de la ecuacioacuten (9) se obtiene la siguiente expresioacuten
para la potencia extraiacuteda del viento
r22 A)2v1v()2v1v()4(P ++++minusminusminusminus==== ρρρρ (9)
Ahora este resultado se compara con la potencia total de una corriente de viento no
perturbada a traveacutes de exactamente la misma aacuterea sin ninguacuten rotor que bloquee el viento
Llamando a esta potencia P0
r3 A1v)2(Po ρρρρ==== (10)
La relacioacuten entre la potencia que extraemos del viento y la potencia del viento sin perturbar
es
))1v2v(1()1v2v(1()21()PoP( 2 ++++minusminusminusminus==== (11)
17 Tomado http wwwwindpowerorgesstatbetzprohtm
76
Asiacute se puede dibujar PP0 en funcioacuten de v2v1
Figura 21 Potencia maacutexima extraiacuteda del viento
Se puede ver que la funcioacuten alcanza su maacuteximo para v2v1 = 13 (0333) y que el valor
maacuteximo de la potencia extraiacuteda del viento es de 059 veces oacute 1627 de la potencia total del
viento
CAPIacuteTULO 4
4 ANAacuteLISIS TEacuteCNICO
41 DETERMINACIOacuteN DEL SITIO
Para desarrollar la presente aplicacioacuten teacutecnica de la energiacutea eoacutelica fue seleccionado como
sitio la vereda Tibista zona rural de Saboyaacute municipio del departamento de Boyacaacute El
sitio fue seleccionado gracias a las caracteriacutesticas topograacuteficas de esta zona debido a que la
vegetacioacuten es fundamentalmente hierba con pocos aacuterboles pequentildeos (ya que este es un
factor muy importante que se tuvo en cuenta) Este lugar esta a una altura de 2800 msnm
411 Saboyaacute (Boyacaacute)
Su cabecera estaacute localizada a los 5deg42rsquo03rdquo de latitud norte y 73deg46rsquo08rdquo de longitud oeste
con una temperatura media de 14degC a 2600msnm localizado a una distancia de 85km de
Tunja El aacuterea municipal es de 251km2 y limita por el norte con el departamento de
Santander por el este con los municipios de Santa Sofiacutea y Sutamarchan por el sur con
Chiquinquiraacute y por el oeste con Bricentildeo y Chiquinquiraacute Su territorio es montantildeoso y
corresponde a la cordillera oriental su principal afluente es el riacuteo Suaacuterez
Seguacuten censo de 1993 la poblacioacuten de la cabecera municipal era de 671 habitantes y el
sector rural teniacutea 12177 habitantes las actividades econoacutemicas de mayor importancia son
la agricultura (maiacutez papa plaacutetano y cafeacute) la ganaderiacutea y el comercio
78
Figura 22 Ubicacioacuten del municipio de Saboyaacute (Boyacaacute)
412 Vereda Tibista
Esta vereda se encuentra localizada a 2800 msnm a una distancia de 5km de la cabecera
municipal de Saboyaacute seguacuten censo realizado por la subdireccioacuten de geografiacutea del Instituto
Geograacutefico Agustiacuten Codazzi en su esquema de ordenamiento territorial municipal 2001 ndash
2009 para Saboyaacute la poblacioacuten para esta vereda era de 1600 habitantes su vegetacioacuten
predominante es el curubo el maiacutez y pasto para ganaderiacutea Para la ubicacioacuten geograacutefica de
esta vereda ver anexo 1
42 METODOLOGIacuteA GENERAL PARA LA REALIZACIOacuteN DEL PROYECTO
La metodologiacutea que se describe a continuacioacuten seraacute la utilizada para realizar una apropiada
evaluacioacuten del recurso eoacutelico en la vereda Tibista y posterior anaacutelisis de ingenieriacutea para el
montaje del sistema conversor de energiacutea eoacutelica
1 Estudio del potencial eoacutelico para la zona haciendo un anaacutelisis del reacutegimen de vientos
2 Modelamiento matemaacutetico para calcular la entrega de energiacutea eoacutelica
79
3 Estimacioacuten del consumo de energiacutea eleacutectrica para una vivienda rural incluyendo la
bomba centriacutefuga para el suministro de agua y equipos utilizados en el aacuterea agriacutecola
4 Anaacutelisis para el desempentildeo del aerogenerador
5 Caacutelculo del banco de bateriacuteas
6 Caacutelculo del inversor
7 Caacutelculo del regulador
8 Montaje final del sistema conversor de energiacutea eoacutelica
421 Estudio del potencial eoacutelico
Se contoacute con datos confiables de medicioacuten de velocidad de viento tomados a 10m de altura
con respecto a la superficie suministrados por la CAR (Corporacioacuten Autoacutenoma Regional
de Cundinamarca) gracias a una estacioacuten metereoloacutegica que esta entidad teniacutea ubicada en
la vereda Tibista zona rural de Saboyaacute llamada ldquoALTO SABOYAacuterdquo Con la informacioacuten
recopilada se obtiene un promedio del reacutegimen de vientos anual mensual diario y horario
ademaacutes un estudio de frecuencia por horas Todo esto para hallar la funcioacuten de densidad de
probabilidad de Weibull que caracteriza el comportamiento del viento a nivel general para
hallar el factor de forma K que se explicaraacute en el numeral 422
4211 Estacioacuten ldquoAlto Saboyaacuterdquo
En la tabla 11 se muestran los datos de la estacioacuten metereoloacutegica utilizada por la CAR
para el estudio de reacutegimen de vientos y en el anexo 2 se puede observar la ubicacioacuten
geograacutefica de dicha estacioacuten
Tabla 11 Datos geograacuteficos de la estacioacuten metereoloacutegica
ESTACIOacuteN 2401520 ALTO SABOYAacute
Entidad CAR Zona norte
Latitud 0543N Departamento Boyacaacute
Longitud 7349W Municipio Saboyaacute
Elevacioacuten 2800 msnm Cuenca Riacuteo Suaacuterez
80
4212 Anaacutelisis del reacutegimen de vientos
La informacioacuten del reacutegimen de vientos se puede ilustrar en la tabla 12 la cual nos indica el
promedio diario y mensual durante 1997 En el anexo 3 se pueden observar los regiacutemenes
de vientos de la estacioacuten ldquoALTO SABOYAacuterdquo de antildeos anteriores a 1997 con el fin de
justificar que el potencial eoacutelico para la zona no ha cambiado intensamente en el tiempo
Tabla 12 Direccioacuten predominante y velocidad media diaria del viento en ms para la
estacioacuten ldquoALTO SABOYAacuterdquo
DIA ENERO FEBRERO MARZO ABRIL MAYO JUNIO JULIO AGOSTO SEPTIEM OCTUBRE NOVIEM DICIEM
1 SW 26 E 98 SW 26 NE 71 NE 75 NE 81 E 29 E 85 NW 212 E 52 NE 59 SW 27 NE 72 E 67 NE 60 E 55 E 64 NE 303 NE 83 E 58 NE 63 E 45 N 45 NE 50 E 92 E 65 NE 314 NW 27 E 66 E 62 N 59 E 33 N 49 N 21 E 78 E 58 NE 795 NW 25 W 36 NE 57 E 65 NE 28 N 41 E 56 E 84 E 58 NE 1006 E 39 NW 25 NE 28 E 65 NE 55 NE 63 N 85 NE 81 E 57 NE 957 NE 51 W 29 E 40 E 60 NW 22 NE 73 NE 147 NE 97 NE 32 NE 878 E 50 NE 30 E 38 E 94 W 26 N 54 E 118 E 115 NE 52 N 629 NE 25 NE 39 NE 26 E 35 E 86 E 39 NE 63 NE 99 E 50 NW 2510 NE 21 NE 34 E 47 E 46 E 70 E 84 NE 58 E 65 E 59 E 5411 SW 22 NE 76 E 47 E 35 NE 50 NE 63 N 27 E 55 NE 3112 W 31 E 91 E 69 E 52 NE 54 E 91 E 58 SE 31 NE 3613 NW 31 E 103 E 87 E 62 NE 83 N 60 NE 75 NE 74 SW 2514 NW 23 E 114 E 57 E 62 NE 65 N 67 N 50 NE 74 SW 32 SW 4515 SW 35 E 90 E 42 E 50 NE 42 N 50 N 48 NE 124 SW 24 W 2316 W 26 NE 42 NE 43 E 88 E 92 NE 39 NE 66 N 54 NE 117 SW 28 NE 2917 NW 24 NE 72 NE 32 E 83 E 76 NE 74 NE 79 N 66 NE 88 W 35 NE 3218 W 30 E 72 E 61 E 100 NE 44 NE 107 NE 65 E 68 NW 32 NE 4019 SW 26 NW 24 NE 75 NE 57 NE 88 N 65 NE 39 NE 18 E 3720 SW 23 E 57 W 56 N 57 NE 60 NE 81 NE 83 NE 46 NE 34 E 4121 E 32 W 54 N 47 NE 26 NE 67 N 61 NE 29 NE 32 NE 5422 SW 26 W 51 E 76 NE 40 N 59 N 61 E 43 N 43 E 8423 W 31 E 58 W 47 NE 88 NE 107 NE 64 E 35 E 37 E 8324 E 30 E 70 SW 31 W 20 NE 44 NE 157 E 59 E 61 NE 82 NE 3125 E 29 E 67 SW 32 NW 23 NE 37 NE 151 E 100 E 73 N 55 W 2726 W 29 E 69 SW 41 NE 28 NE 44 NE 146 E 121 NE 82 N 28 SW 3627 W 30 E 91 W 52 E 27 E 32 NE 122 NE 133 NE 94 N 42 W 3728 SW 34 E 98 W 45 W 34 NE 95 NE 99 N 28 NE 3129 W 34 S 37 E 51 NE 88 E 74 E 110 NE 29 E 6130 W 38 S 33 NE 89 NE 54 N 26 NE 50 NE 45 E 4731 SW 26 S 37 NE 49 E 50 E 74
MEDIA SW 29 E 55 E 54 E 48 E 67 NE 50 NE 80 NE 75 NE 68 NE 50 E 48 NE 54
MEDIA NE 57
81
Con los datos descritos en la tabla 12 se procede a determinar las variaciones de la
velocidad de viento en diferentes lapsos de tiempo durante el antildeo Estos resultados se
lograron gracias a la aplicacioacuten del programa HOMERPRO (The Hybrid Optimization
Model for Electric Renewables) del NREL (National Energy Research Laboratory)18 Asiacute
NREL es un instituto del Departamento de Energiacutea de los Estados Unidos ubicado en
Colorado (California) El instituto es un centro principal para la investigacioacuten en las ceacutelulas
de combustible en la energiacutea solar en la energiacutea eoacutelica en la de las plantas Ademaacutes de los
edificios inteligentes disentildeo de vehiacuteculos avanzados en la energiacutea geoteacutermica y del
hidroacutegeno
Figura 23 Velocidad anual del viento en la vereda Tibista (ms)
18 Tomado httpwwwnrelgovhomerpro
82
Figura 24 Velocidad mensual del viento en la vereda Tibista (ms)
Figura 25 Velocidad diaria del viento en la vereda Tibista (ms)
83
Figura 26 Velocidad horaria del viento en la vereda Tibista (ms)
Analizando los datos recopilados se pudo obtener una informacioacuten de una velocidad media
anual de 57ms velocidad adecuada para llevar a cabo el proyecto de aprovechamiento
energeacutetico como se indica en la tabla 13 el montaje de un aerogenerador es viable para
este rango de velocidad
84
Tabla 13 Relaciones generales entre viabilidad y velocidad de viento para su uso como
fuente de energiacutea19
Promedio anual de velocidad de
viento a 10m de altura
Posibilidad de uso de la energiacutea eoacutelica
Menor a 3ms Usualmente no es viable a menos que existan
circunstancias especiales como las variaciones
estacioacutenales
3 ndash 4ms Puede ser una buena opcioacuten para equipos eoacutelicos de
bombeo de agua (aerobombeo) poco viable para
generacioacuten eleacutectrica con equipos eoacutelicos
(aerogeneracioacuten)
4 ndash 5ms Aerobombas son competitivas econoacutemicamente a
los equipos diesel aerogeneracioacuten con equipos
autoacutenomos es viable
Maacutes de 5ms Viable para aerobombeo y aerogeneracioacuten con
sistemas autoacutenomos
Maacutes de 6ms Viable para aerobombeo aerogeneracioacuten con
sistemas autoacutenomos y para sistemas conectados a la
red eleacutectrica
422 Modelamiento matemaacutetico para calcular la entrega de energiacutea eoacutelica20
Este anaacutelisis matemaacutetico combina el comportamiento de sistemas de conversioacuten de energiacutea
eoacutelica con las condiciones de viento como frecuencia de distribucioacuten del mismo Este
anaacutelisis permite hacer una estimacioacuten vaacutelida y bastante cercana de la produccioacuten neta de un
sistema eoacutelico cuando dicho sistema es localizado en un reacutegimen de vientos especiacutefico
Para este caso la vereda Tibista zona rural del municipio de Saboyaacute (Boyacaacute)
19 PINILLA S Aacutelvaro Manual de aplicacioacuten de la energiacutea eoacutelica Bogotaacute DC INEA 1997 p29
20 Ibid p71
85
Los registros continuos de la velocidad del viento se traducen en una curva de frecuencia de
velocidades que en realidad corresponden a un histograma de velocidades Esta curva se
hace para el antildeo completo permitiendo conocer asiacute los rangos de velocidad y el porcentaje
del tiempo total a que corresponde cada una Al agrupar los datos mensualmente se
determinar las variaciones estacioacutenales y finalmente el comportamiento del viento a largo
del antildeo La curva de frecuencia de velocidades permite conocer la cantidad de horas en la
que una velocidad dada aparece en un sitio y se le puede dar la forma de frecuencia de
energiacutea por unidad de aacuterea obteniendo la velocidad de viento de maacutexima energiacutea
De los anaacutelisis estadiacutesticos de la distribucioacuten de velocidades del viento se ha observado un
patroacuten tiacutepico al que es posible aplicarle una funcioacuten matemaacutetica La funcioacuten de distribucioacuten
de WEIBULL modela con relativa exactitud el comportamiento del viento la ecuacioacuten de
Weibull estaacute definida por
)xG(1K KexGk)x(f minusminus= (1)
Donde k es el factor de forma de Weibull que en este caso tiene un valor de 201 ( hallado
gracias al programa HOMERPRO descrito anteriormente) y χ es la variacioacuten de la
velocidad desde 0 a 30ms y G se puede calcular como
k0434O568G += (2)
01243405680G +=
78390G ====
86
Reemplazando los datos anteriormente obtenidos en la ecuacioacuten (1) se obtiene la funcioacuten de
probabilidad Posteriormente tomando valores de 0 a 30ms se encuentra la curva de
frecuencia de velocidades para la vereda Tibista (ver figura 27)
)x78390(1012 012ex78390012)x(f minusminusminusminusminusminusminusminus====
Figura 27 Probabilidad de Weibull para la vereda Tibista
423 Estimacioacuten del consumo tiacutepico para vivienda rural
En la tabla 14 se presenta la estimacioacuten del consumo de energiacutea eleacutectrica de algunos
electrodomeacutesticos que son utilizados comuacutenmente en una vivienda de este tipo incluyendo
algunos equipos agriacutecolas Se toma un estimativo de seis habitantes para dicha vivienda
87
Tabla 14 Consumo tiacutepico de energiacutea eleacutectrica en la zona de estudio
EQUIPO Cantidad Potencia (W)
Potencia Pico(W)
HorasUso
kWhDiacutea
kWhMes
Bombilla ahorradora 8 20 160 800 128 384
Equipo de sonido 1 80 80 500 04 120
Televisor 1 150 150 500 075 225
Licuadora 1 350 350 025 00875 26
Plancha 1 1000 1000 075 075 225
Nevera 1 250 250 1200 30 900
Cerca eleacutectrica 50km 10 10 24 024 72
Bomba centrifuga 1 560 560 075 042 504
TOTAL 2560 693 20024
Total kWhdiacutea = 693
Total kWhmes = 20024
Total kWhantildeo = 240288
4231 Caacutelculo de la bomba eleacutectrica
Ademaacutes de la demanda de energiacutea eleacutectrica a utilizar se hace un caacutelculo del consumo de
agua para las necesidades baacutesicas de los habitantes antes mencionados
bull Consumo por persona 55Litros por diacutea (lpd)
bull Consumo total 55lpd 6 = 330 lpd
bull Tanque de reserva 1 de1000litros
Para la escogencia de la bomba a utilizar se tiene en cuenta la altura de descarga que son
35m (veacutease figura 28) se observa que la bomba numero1 nos entrega alrededor de 225
litros por minuto (lpm) y la bomba nuacutemero 2 nos entrega 40 lpm para llenar el tanque las
bombas durariacutean en funcionamiento 45 y 25 minutos respectivamente Los 1000 litros
alcanzariacutean para 2 diacuteas y medio de consumo logrando con ello que solo se pusiera en
funcionamiento la bomba uacutenicamente durante 12 diacuteas del mes
88
Se escogioacute la bomba de frac34 hp ya que vamos a tener un consumo en el mes menor que con
la bomba de 1hp a pesar de que el tiempo de llenado es menor con esta uacuteltima Esta bomba
va a trabajar con un motor de corriente continua y se conecta directamente al banco de
bateriacuteas Este tipo de bomba centriacutefuga tiene caracteriacutesticas tales como el suministro de
agua a grandes alturas extraccioacuten de agua de pozos llanos y profundos y uso domeacutestico
Figura 28 Curva de rendimiento de bombas centrifugas
Tabla 15 Bomba Centriacutefuga
Marca Barnes Potencia (HP) frac34 Diaacutemetro de succioacuten (rdquo) 114
Ref Liacutenea jet 77 Temperatura maacutexima
de operacioacuten (degC)
70 Diaacutemetro de descarga (rdquo) 1
89
424 Anaacutelisis para el desempentildeo del aerogenerador
Teniendo el reacutegimen de vientos para la zona de estudio aplicando la curva de frecuencia de
velocidades (ver figura 27) y el consumo tiacutepico de la vivienda rural (ver tabla 14) se
procede a buscar el aerogenerador que trabaje oacuteptimamente con las caracteriacutesticas del
reacutegimen de vientos y que cumpla con la demanda de energiacutea eleacutectrica Ademaacutes se utilizara
la curva tiacutepica de potencia de cada aerogenerador que es suministrada por los fabricantes
Se hallaraacuten los kWhmes suministrados por aerogeneradores tiacutepicos de 1kW 15kW y
3kW para las condiciones anteriormente expuestas con el fin de hacer un comparativo
para seleccionar el aerogenerador que maacutes se adapte a las condiciones tanto teacutecnicas como
econoacutemicas de este proyecto
4241 Aerogenerador de 1kW
0
200
400
600
800
1000
1200
2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20
Velocidad del viento (ms)
Figura 29 Curva tiacutepica de potencia de un aerogenerador de 1kW
90
Tabla 16 Desempentildeo del aerogenerador de 1kW para la vereda Tibista
Velocidad del viento (ms)1
Potencia(W)2
Probabibilidadde viento ()3
Producto de potencia porprobabilidad de viento (W)4
1 0 476 0002 0 885 0003 0 1175 0004 35 1320 4625 76 1325 10076 138 1216 16787 276 1034 28538 401 819 32849 750 609 4567
10 900 426 383411 980 281 275412 1000 175 175013 1000 103 103014 1000 057 57015 674 030 20216 900 015 13517 850 007 06118 800 003 02419 750 001 01020 700 001 007
TOTAL 9958 24228
1 Rango de velocidades de viento de 0 a 20ms 2 Potencia eleacutectrica tiacutepica del aerogenerador para cada velocidad 3 Reacutegimen de vientos especifico para la vereda Tibista (veacutease figura 27) 4 Potencia eleacutectrica que suministra el aerogenerador para la vereda Tibista
Promedio de potencia de salida = 24228W
Energiacutea de salida mensualmente = 255kWhmes
Energiacutea de salida anualmente = 3066kWhantildeo
Energiacutea de salida diariamente = 84kWhdiacutea
91
4242 Aerogenerador de 15kW
0
500
1000
1500
2000
2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20
Velocidad del viento (ms)
Figura 30 Curva de potencia tiacutepica de un aerogenerador de 15kW
Tabla 17 Desempentildeo del aerogenerador de 15kW para la vereda Tibista
Velocidad delviento (ms)
Potencia(W)
Probabibilidadde viento ()
Producto de potencia porprobabilidad de viento (W)
1 0 476 0002 0 885 0003 180 1175 21154 300 1320 39605 410 1325 54326 600 1216 72967 800 1034 82728 1000 819 81909 1100 609 6699
10 1250 426 532511 1400 281 393412 1550 175 271213 1650 103 170014 1780 057 101515 1600 030 48016 1500 015 22517 1520 007 10618 1550 003 04619 1600 001 01620 1620 001 016
TOTAL 9958 57539
92
Promedio de potencia de salida = 57539W
Energiacutea de salida mensualmente = 38325kWhmes
Energiacutea de salida anualmente = 4599kWhantildeo
Energiacutea de salida diariamente = 1277kWhdiacutea
4243 Aerogenerador de 3kW
0500
1000150020002500300035004000
2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20
Velocidad del viento (ms)
Figura 31 Curva de potencia tiacutepica de un aerogenerador de 3kW
93
Tabla 18 Desempentildeo del aerogenerador de 3kW para la vereda Tibista
Velocidad del viento (ms)
Potencia(W)
Probabibilidadde viento ()
Producto de potencia porprobabilidad de viento (W)
1 0 476 0002 0 885 0003 250 1175 29384 510 1320 67325 760 1325 100706 1050 1216 127687 1490 1034 154078 1899 819 155539 2179 609 1327010 2499 426 1064611 2749 281 772512 3099 175 542313 3279 103 337714 3499 057 199415 3249 030 97516 2999 015 45017 3049 007 21318 3059 003 09219 3199 001 03220 3339 001 033
TOTAL 9958 107698
Promedio de potencia de salida = 107698W
Energiacutea de salida mensualmente = 7665kWhmes
Energiacutea de salida anualmente = 9198kWhantildeo
Energiacutea de salida diariamente = 2555kWhdiacutea
Con los desempentildeos mostrados por cada aerogenerador se puede deducir que
1 El aerogenerador de 1kW no suple las necesidades de energiacutea demandada
2 El aerogenerador de 15kW cumple con los requerimientos de demanda de energiacutea
sin estar sobredimensionado
3 El aerogenerador de 3kW tambieacuten cumple con la demanda de energiacutea pero de una
manera sobredimensionada y se descarta de antemano por razones de tipo
econoacutemico
94
En conclusioacuten se tiene que el aerogenerador escogido para este proyecto es el de 15kW
en el mercado internacional se pueden encontrar aerogeneradores de esta potencia nominal
de diferentes fabricantes como se muestra en la tabla 19
Tabla 19 Aerogeneradores de 15kW
ModeloDatos
Teacutecnicos
BergeyBwc Excel
1500
JBornayInclin Neo
1500
WhisperH 1500
PotenciaNominal
(W)1500 1500 1500
Velocidad del vientopara arranque
(ms)36 35 34
Velocidad parapotencia nominal
(ms)125 12 125
Nuacutemero de aspas 3 2 3
Diaacutemetro(m)
3 286 27
Material Fibra devirdiocarbono
Fibra devirdiocarbono
Fibra devirdiocarbono
GeneradorAlternador
trifaacutesico de imanespermanentes
Alternador trifaacutesico de imanes
permanentes
Alternador trifaacutesico de imanes
permanentesVoltaje
(V)122448120220 2448120220 122448120220
Voltaje banco debateriacuteas
(V)
24 24 24
Peso(kg)
38 42 35
95
425 Caacutelculo del banco de bateriacuteas
El tamantildeo del banco de bateriacuteas lo va a determinar la cantidad de amperios hora diacutea
requeridos Estos amperios hora diacutea se deducen de la tabla 14 (consumo tiacutepico de energiacutea
eleacutectrica en la zona de estudio) donde se observa que se tiene una demanda de 6930 Vatios
hora diacutea Para un aerogenerador de 15kW los fabricantes recomiendan trabajar con un
sistema a 24V entonces se tiene
iacutea28875Ahd24Vshoradiacutea6930Vatio ====dividedividedividedivide
Para tener una suplencia eficiente con el banco de bateriacuteas se asume un periodo de 5 diacuteas
en el que la velocidad del viento esteacute por debajo del miacutenimo requerido que son 35ms
para que el aerogenerador comience a entregar energiacutea
144375Ah5diacuteasiacutea28875Ahd ====
Para evitar completamente la descarga de las bateriacuteas en este lapso de tiempo se tiene que
multiplicar por el siguiente factor (este valor se toma del manual de instalacioacuten operacioacuten y
mantenimiento de Southwest Windpower Inc que es un fabricante de aerogeneradores de
15kW)
1 Paneles solares uacutenicamente (50 de descarga) 15
2 Sistemas hiacutebridos eoacutelico-solar (60 de descarga) 14
3 Sistemas eoacutelicos uacutenicamente (80 de descarga) 12
17325Ah12144375Ah ====
En general las bateriacuteas utilizadas en este tipo de instalaciones son de plomo-aacutecido de tipo
estacionario de ciclo profundo y libre mantenimiento que suministran 220Ah y 6V Para
calcular el numero de bateriacuteas del banco se tiene
8Bateriacuteasas788Bateriacute220Ah17325Ah asympasympasympasymp====dividedividedividedivide
96
Figura 32 Banco de bateriacuteas serie-paralelo
En la figura 32 se muestra el banco de bateriacuteas a utilizar el cual tiene las siguientes
caracteriacutesticas
bull Cada bateriacutea de 6V ndash 220Ah
bull Cada hilera (vertical) de conexioacuten en serie 24V ndash 220Ah
bull Total de las 2 hileras en paralelo 24V ndash 440Ah
Tabla 20 Bateriacuteas de 220Ah
Marca y modelo
Datos teacutecnicos
Trojan
B220-4
Sonnenschein
S212220Ah
YuasaExide
8DS
Voltaje (V) 6 6 6
Amperios hora
(Ah)
220 220 220
Mantenimiento Libre Libre Libre
De acuerdo a distribuidores internacionales de bateriacuteas las baterias que trabajan maacutes
eficientemente con sistemas conversores de este tipo son las Trojan B220-4 ya que
brindan una garantiacutea de cinco antildeos sin mantenimiento alguno
97
426 Caacutelculo del inversor
La funcioacuten del inversor es transformar una tensioacuten continua VCC en una tensioacuten alterna
VCA elevaacutendola de 24 a 120V La potencia nominal del inversor depende de la potencia
pico en corriente alterna demandada por el consumo tiacutepico para la zona de estudio esta
potencia pico es 2560W
Los inversores que maacutes se adaptan y que se pueden conseguir en el mercado tienen las
siguientes caracteriacutesticas
Foto 21 Inversor de 24VCD a 120VCA
Tabla 21 Inversores de 24VCD a 120VCA
Marca y modelo
Datos teacutecnicos
Ceim
SM-2500
Trace Engineering
DR3624
Voltaje 24VDC ndash 120VAC a 60Hz 24VDC ndash 120VAC a 60Hz
Potencia nominal (W) 2500 3000
Se escoge el inversor de Trace Engineering DR3624 ya que por cuestiones de disentildeo se
plantea dejar un sistema flexible que pueda estar sometido a futuras ampliaciones y ademaacutes
a conexiones de equipos externos (equipos de ordentildeo para ganado sistemas automaacuteticos de
riego bebedores automaacuteticos para ganado invernaderos motosierras etc)
98
427 Caacutelculo del regulador
El objetivo principal del regulador es estabilizar la carga desde el aerogenerador para parar
la carga cuando las bateriacuteas no lo necesiten maacutes (evitando sobrecargas) y eviten asiacute la
descarga hacia el aerogenerador cuando no hay viento Tambieacuten protege la instalacioacuten de
cortocircuitos estabiliza la tensioacuten protege contra la inversioacuten de polaridad del banco de
bateriacuteas y adapta la carga al estado de las bateriacuteas Para calcular la corriente del regulador
se tiene
VPI ====
V24kW51I =
A562I ====
El regulador que maacutes se adapta y que se puede conseguir en el mercado tiene las siguientes
caracteriacutesticas
Tabla 22 Regulador de 100A
Marca y modelo
Datos teacutecnicos
Trace Engineering
RG-100A
Voltaje (VDC) 12-24-48
Corriente nominal (A) 100
99
428 Montaje final del sistema conversor de energiacutea eoacutelica
Figura 33 Montaje del sistema conversor de energiacutea eoacutelica
(1)
(2) (3)
(5)(4)
(7)
(8)
(11)
(15)
(12)
(14)
(18)
(16) (17)
(10)
(13)
(9)
(6)
100
Este montaje incluye un tablero general de control que suministra el fabricante de cualquier
aerogenerador en donde viene incluido un rectificador trifaacutesico de corriente regulador de
tensioacuten de 24V sistema de monitoreo de carga y descarga de bateriacuteas y un interruptor de
estado soacutelido que actuacutea automaacuteticamente con el sistema de monitoreo con el fin de enviar la
carga sobrante de las bateriacuteas al disipador de carga (que tambieacuten lo suministran los
fabricantes) cuando las bateriacuteas esteacuten cargadas ademaacutes de un interruptor de frenado que
desconecta todo el sistema para que el aerogenerador se detenga A continuacioacuten se
muestran los equipos con sus especificaciones teacutecnicas utilizados para el proyecto
(1) Aerogenerador de 15kW (veacutease tabla 19)
Generador Alternador trifaacutesico
De imanes permanentes
Voltaje generador (VAC) 220
Torre Galvanizada de 3rdquo Voltaje banco de bateriacuteas (VDC) 24
(2) Sistema de monitoreo y regulador automaacutetico de carga del banco de bateriacuteas
(3) Tablero general de control
(4) Interruptor de estado soacutelido para carga automaacutetica de bateriacuteas
(5) Regulador secundario de tensioacuten de 24V
(6) Interruptor de frenado del aerogenerador
(7) Rectificador trifaacutesico de entrada corriente alterna y salida corriente continua
(8) Cortacircuitos tripolar termomagneacutetico
V3PI ====
V2203kW51I =
A943I ====
Marca Legrand In (A) 10 Voltaje (VAC) 120220
Ref DSA-3010 Capacidad interruptiva (kA) 10 (220V) Nuacutemero de polos 3
101
(9) Disipador de carga
(10) Transformador trifaacutesico
Potencia (kVA) 15
Voltaje del primario (VAC) 220 (Delta)
Voltaje del secundario (VAC) 24 (Triaacutengulo)
(11) Regulador principal de 24V (ver numeral 427)
(12) Arrancador para el motor de la bomba centrifuga
VPI ====
V24W560I =
A3323I ====
Marca Telemecanique Tensioacuten de trabajo (V) 24 Potencia (HP) frac34
Ref GV2-P22D1BW3 Reglaje de la proteccioacuten
teacutermica (A)
20 a 25 Proteccioacuten IP65
(13) Cortacircuitos monopolar de CC
VPI ====
V24kW51I =
A562I ====
Marca Merlin Gerin In (A) 65 Voltaje (VDC) 24
Ref C60H-24409 Capacidad interruptiva (kA) 10 (24V) Nuacutemero de polos 1
(14) Bomba para el suministro de agua (ver numeral 4231)
(15) Banco de bateriacuteas (ver numeral 425)
(16) Inversor de 24VDC a 120VAC (ver numeral 426)
(17) Tablero monofaacutesico de cortacircuitos termomagneacuteticos para circuitos de CA
Marca Luminex Tensioacuten de trabajo (V) 120127 Capacidad nominalbarraje principal (A)
125
Ref TML-8 Tensioacuten de aislamiento (V) 600 Nuacutemero de circuitos 8
102
(18) Cortacircuitos monopolar de CC
VPI ====
V24kW2I =
A3383I ====
Marca Merlin Gerin In (A) 100 Voltaje (VDC) 24
Ref NC100H-27254 Capacidad interruptiva (kA) 15 (24V) Nuacutemero de polos 1
43 MANUAL DE INSTALACIOacuteN OPERACIOacuteN Y MANTENIMIENTO DELAEROGENERADOR
431 Instalacioacuten
Realizar y corroborar los siguientes pasos en orden
4311 Voltaje del sistema
Todos los componentes del sistema el aerogenerador la central del sistema el disipador de
energiacutea el transformador y el inversor deben estar al mismo voltaje del banco de bateriacuteas
que para el caso de un aerogenerador de 1500W de potencia nominal los fabricantes
recomiendan 24V
4312 Instalacioacuten de la torre (localizacioacuten tipo y altura)
La altura miacutenima de la torre debe ser de 7m por encima de los aacuterboles u obstaacuteculos en un
radio de 100m La carga de empuje lateral en el extremo de la torre debe corresponder al
modelo del aerogenerador El punto maacutes alto del terreno o lugar de instalacioacuten es
generalmente el mejor Una torre autoportante ocupa menos aacuterea de terreno que una torre
soportada con cables (riendas obenques tirantes) pero es maacutes costosa Un disentildeo de torre
pivotada permite una instalacioacuten sencilla y un mantenimiento faacutecil en tierra eliminando la
necesidad de escalar
103
4313 Adquirir el tamantildeo del banco de bateriacuteas adecuado
Los sistemas de faacutebrica contienen el banco de bateriacuteas sugerido En la tabla siguiente se
puede observar el tamantildeo miacutenimo del banco de bateriacuteas para diferentes aerogeneradores de
potencia nominal
4314 Seleccioacuten del lugar para instalar el banco de bateriacuteas
Ubicar el banco de bateriacuteas en una edificacioacuten fresca seca y deshabitada Poner a funcionar
la energiacutea AC desde el inversor hasta la casa o sitio de consumo Si las bateriacuteas estaacuten en un
edifico habitado este debe ser cerrado y tener suficiente ventilacioacuten Determinar la
configuracioacuten en serieparalelo para construir un estante o montar las bateriacuteas sobre un
mueble resistente en madera tratada Dejar 5cm alrededor para ventilacioacuten y 60cm de
104
separacioacuten vertical para el acceso a los terminales y revisioacuten del agua Proteger todas las
conexiones con grasa o protector de corrosioacuten Instalar el tablero de control general (EZ-
WIRE) y el fusible del inversor (si se usa) al polo positivo de las bateriacuteas
Usar el diagrama siguiente para determinar la configuracioacuten serieparalelo del banco de
bateriacuteas para trabajar a un voltaje de 24V
4315 Instalar el tablero de control (EZ-WIRE) y el transformador
Instalar el tablero de control del sistema (EZ-WIRE) y el transformador sobre superficies
resistentes al calor Localizarlos a 3m maacuteximo uno del otro Conectar el transformador a
los terminales WIND del tablero de control con un conductor adecuado (6AWG-THW)
Conectar el tablero de control DC+ y el DC- a las bateriacuteas usando los conductores del
calibre correspondiente
105
4316 Instalar y conectar el disipador de carga
Instalar la caja de resistencias o disipador de carga sobre una superficie resistente al calor
El disipador de carga produce calor cuando las bateriacuteas estaacuten cargadas Ubicar el disipador
de carga al lado del tablero de control o donde se necesite calor
4317 Montar el interruptor de frenado
Al lado del tablero de control usando un conductor adecuado se conecta el interruptor de
frenado a los terminales ldquoWINDrdquo en el tablero de control
106
4318 Instalar el inversor y conectarlo al banco de bateriacuteas
Instalar un cortacircuitos para corriente continua entre el inversor y el positivo del banco de
bateriacuteas usando los conductores adecuados
4319 Instalar los conductores desde el extremo de la torre al transformador y
despueacutes al tablero de control
Usar 3 conductores adicionando una red a tierra desde la torre hasta el lugar de instalacioacuten
utilizando los conductores adecuados
43110 Pruebas eleacutectricas para el aerogenerador
Realizar estas pruebas antes de montar las aspas en el rotor Estas pruebas confirman que el
aerogenerador esteacute funcionando correctamente y listo para ser instalado en la torre
107
43111 Conectar los conductores y montar el aerogenerador en la torre
Instrucciones de montaje
1 Revisar el ajuste de los accesorios de insercioacuten dentro de la torre Se tolera un juego
maacuteximo de 15mm Debe ser posible desplazar el inserto con los pernos de montaje
ajustadamente dentro de la torre
2 Instalar el accesorio de insercioacuten en el eje vertical con el agujero no roscado
orientado hacia abajo (1) Usar un compuesto sellador para roscas en todas las
uniones roscadas
3 Instalar los tornillos M8x30 (2) y la arandela de seguridad (4) en este agujero
ademaacutes de la contratuerca (6) como tuerca de seguridad para los tornillos (7) y
ajustarlos en el accesorio de insercioacuten
4 Usar caperuzas plaacutesticas o pernos conectores para hacer las conexiones eleacutectricas
5 Cubrir muy bien los tornillos conectores con suficiente cinta aislante para prevenir
cortos con la torre
6 Soportar bien los conductores para evitar que se separen o rompan por su propio
peso
108
7 Deslizar el eje vertical del generador sin las aspas dentro de la torre e instalar
todos los componentes tal como se muestra en la siguiente figura Use compuesto
sellador para roscas en todas las uniones roscadas
43112 Prueba del cableado del aerogenerador al tablero de control
No se pueden instalar las aspas hasta haber pasado las pruebas Repita el paso 11 activando
el interruptor de frenado (brake switch ldquoONrdquo) para poner los cables en corto
109
110
43113 Instalar el timoacuten o cola
111
43114 Instalar las aspas y la nariz
Para realizar la instalacioacuten de estas partes el interruptor de frenado debe estar activado
(brake switch ldquoONrdquo)
Instrucciones de instalacioacuten
1 La parte del aspa con la cinta guiacutea (borde de ataque) debe estar hacia abajo cuando
el aspa esteacute a la derecha de la platina de montaje
2 Introducir los tornillos (1) a traveacutes de la platina de montaje y del aspa La cabeza del
tornillo debe estar del lado del rotor y de la platina de montaje
3 Instalar una arandela plana (2) con el lado redondeado hacia la fibra de vidrio y una
tuerca (3) con un torque de 14 lbs-pie No ajustar excesivamente pues puede
quebrar la fibra de vidrio
4 Instalar la nariz (9) la arandela de caucho contra el protector (5a) la arandela plana
(5) la arandela divisoria de presioacuten (6) y el tornillo (4)
43115 Izar la torre siguiendo las instrucciones del fabricante con el interruptor defrenado en posicioacuten ldquoONrdquo
112
44 OPERACIOacuteN NORMAL
441 Controles y caracteriacutesticas del tablero de control
4411 Seccioacuten de control
El interruptor WIND ONOFF se utiliza para frenar o detener el aerogenerador El
interruptor del circuito ofrece proteccioacuten para sobrecarga y puede ser usado para
desconectar las cargas DC
4412 Seccioacuten del sistema de monitoreo
Selector de tres posiciones Ubicado a la izquierda en el tablero
1 Posicioacuten Izquierda Indica amperios o voltios de acuerdo con el selector
2 Posicioacuten Central APAGADO (OFF) ademaacutes reduce la descarga de la bateriacutea El
regulador permanece encendido
3 Posicioacuten Derecha Indica los voltioscelda de la bateriacutea cuando el selector tambieacuten
estaacute en la posicioacuten ldquoVoltsCellrdquo Los voltios para cada celda de la bateriacutea tambieacuten se
113
indican como porcentaje de carga de la bateriacutea en la escala vertical o MEDIDOR
DE CARGA DE LA BATERIA (BATTERY FUEL GAUGE) Este es el indicador
maacutes confiable de carga de la bateriacutea y no se ve afectado por eventos de baja o alta
descarga o por el proceso de carga La bateriacutea debe estar conectada por lo menos
durante 6 horas para obtener una lectura precisa
Botoacuten selector ubicado a la derecha
1 VoltsCell Indica el estado de carga de bateriacuteas del tipo de plomo aacutecido
2 V-Bat Indica el voltaje actual de la bateriacutea con una precisioacuten de una deacutecima de
voltio
3 A-Bat Muestra amperios positivos si la bateriacutea se estaacute cargando Indica amperios
negativos si la bateriacutea se estaacute descargando Utilice estos controles para entender y
monitorear los efectos de las fuentes de consumo
4 A-Wind Indica la carga en amperios del aerogenerador Se usa para medir la
velocidad del viento y monitorear el desempentildeo del aerogenerador
114
442 Operacioacuten del regulador automaacutetico de carga
El regulador automaacutetico de carga del banco de bateriacuteas incorporado previene sobrecargas
de la bateriacutea y asegura una larga vida de las bateriacuteas con un consumo miacutenimo de agua
4421 Luz indicador de regulacioacuten
Si es intermitente indica que la bateriacutea ha alcanzado su estado de flotacioacuten y parte de la
energiacutea se esta desviando al disipador de carga o caja de resistencias El proceso de carga
del banco de bateriacuteas seraacute cada vez maacutes lento hasta que se cargue completamente cada
vez habraacute maacutes carga desviaacutendose al disipador de carga o caja de resistencias
4422 Posicioacuten de flotacioacuten
Seleccionar el voltaje maacuteximo de la bateriacutea que permitiraacute el regulador Usar las posiciones
maacutes altas cuando las bateriacuteas esteacuten en lugares friacuteos
Posiciones sugeridas
bull Uacutenicamente viento Fijar a 245-25 Voltioscelda (VoltsCell) No es necesario
igualar el voltaje de las celdas Revisar el nivel del agua cada seis meses
bull Igualacioacuten Utilizar 27-28 Voltioscelda (VoltsCell) despueacutes de llenar las celdas
de la bateriacutea cargar por 24 horas Monitorear la temperatura y el nivel del agua
mientras ecualiza
115
443 Iniciar el aerogenerador
Colocar el interruptor de frenado (WIND) en la posicioacuten ldquoONrdquo despueacutes de que la heacutelice
gire leer la corriente de carga del viento (A-Wind) en la pantalla o monitor
4431 Operacioacuten de la heacutelice del aerogenerador
En vientos menores a 3-4ms la heacutelice no giraraacute si estaacute completamente quieta En vientos
por encima de 3-4 ms las heacutelices comenzaraacuten a girar lentamente y despueacutes de 1 a 10
minutos alcanzaraacute unas rpm donde las aspas seraacuten praacutecticamente invisibles Una vez las
aspas esteacuten en movimiento continuaraacuten girando en vientos tan bajos como 2ms En
vientos normales la corriente de carga aumentaraacute raacutepidamente al incrementarse la velocidad
del viento (por la foacutermula que relaciona directamente la potencia con el cubo de la
velocidad del viento) y a la velocidad nominal del viento usted podraacute leer la corriente
nominal en la pantalla en la posicioacuten ldquoA-Windrdquo
En vientos muy altos la corriente de carga decreceraacute a medida que la maacutequina se pliega por
la accioacuten del rotor basculante para protegerse a siacute misma de dantildeos
444 Encienda el inversor
Seguir las instrucciones del fabricante del inversor
445 Consumo de electricidad propia
Ahora se tiene energiacutea eleacutectrica del viento Con el inversor se tiene energiacutea AC para
electrodomeacutesticos comunes Revisar diariamente el estado de carga de las bateriacuteas Si las
bateriacuteas siempre estaacuten cargadas la luz del regulador siempre estaacute encendida se puede
agregar maacutes iluminacioacuten y electrodomeacutesticos y usarlos durante un mayor nuacutemero de horas
al diacutea
Si baja el nivel de carga de las bateriacuteas se estaacute usando maacutes electricidad de la que el
aerogenerador esta produciendo Reducir las horas de uso y el nuacutemero de luces y
electrodomeacutesticos Utilizar bombillos y electrodomeacutesticos eficientes Reducir las cargas
cuando las bateriacuteas esteacuten cargadas menos del 40
116
45 MANTENIMIENTO
451 Mensual
4511 Revisar el interruptor de seguridad (para revisar el cableado eleacutectrico)
Detener el aerogenerador en un viento moderado (cargando pero no plegado) Cuando se
detenga la heacutelice no se debe observar ni detectar ninguna dificultad inusual o ruido
extrantildeo Cuando se presenta alguacuten ruido mientras se activa el interruptor de frenado esto
puede indicar un cable desconectado
117
4512 Revisar el estado mecaacutenico observar y escuchar desde la base de la torre
Usar binoculares No debe presentarse ninguacuten ruido mecaacutenico cascabeleo o vibracioacuten La
heacutelice y la cola no deben cabecear o tambalearse Si se requiere se debe escalar o bajar la
torre para su inspeccioacuten No debe presentarse ninguacuten zumbido ni al oiacutedo ni al tacto cuando
se coloque la mano sobre la torre
4513 Inspeccionar la torre
Seguir todos los requisitos de inspeccioacuten y mantenimiento que da el fabricante de la torre
Ajustar adecuadamente todas las tuercas y tornillos especialmente las conexiones de los
cables Revisar cualquier fisura pandeado o partes rotas en los anclajes y base de la
estructura Revisar que no haya hilos rotos o distensioacuten en los cables de soporte o tensioacuten
118
452 Anual
4521 Revisar el banco de bateriacuteas
Agregar agua destilada si estaacute en un nivel bajo Ajustar las conexiones de los bornes de las
bateriacuteas Remover la corrosioacuten y proteger los terminales Enjuagar las partes con solucioacuten
de soda caacuteustica
4522 Si es necesario realizar la carga de igualacioacuten de la bateriacutea
No es necesario realizar una carga de igualacioacuten si el voltaje de flotacioacuten de cada celda estaacute
en 24V o maacutes Si las bateriacuteas se descargan por largos periacuteodos o las lecturas hidromeacutetricas
de las celdas difieren por maacutes de 20 puntos (Ej 1205 vs 1230) o una celda estaacute deacutebil dar
a la bateriacutea una carga de igualacioacuten Igualar el voltaje de las celdas de las bateriacuteas
colocando el botoacuten selector de flotacioacuten en 27-28 y permitir que la bateriacutea llegue a plena
carga y gasifique libremente (reduzca la carga yo conectar un generador si es necesario)
Dejar cargar las bateriacuteas por lo menos durante 24 horas y tomar lecturas con el hidroacutemetro
La igualacioacuten se ha completado cuando las lecturas del hidroacutemetro tengan 20 puntos
maacuteximo de rango Revisar el nivel del agua y si es preciso disminuir la carga para evitar
que la bateriacutea este demasiado caliente al tacto
119
4523 Escalar la torre o bajarla y hacer una revisioacuten mecaacutenica total delaerogenerador
Ajustar cualquier pieza que se encuentre floja o cambiar las piezas desgastadas
1 Ajustar todas las tuercas y tornillos de montaje de la torre y los tornillos de montaje
del rotor
2 Revisar todos los rodamientos Se acepta un juego escasamente perceptible
3 Rellenar las fisuras de las heacutelices de fibra de vidrio con sellante de silicona
Reemplazarlas si hay alguna rota o dantildeada Reparar o reemplazar las aspas de fibra
de vidrio si estaacuten quebradas o dantildeadas
4524 Registro de mantenimiento
Observar y registrar los requisitos mensuales y anuales de inspeccioacuten Registrar todos los
trabajos de mantenimiento y reparaciones
CAPIacuteTULO 5
5 ANAacuteLISIS ECONOacuteMICO
A nivel internacional se considera que la energiacutea eoacutelica es una tecnologiacutea madura
comercialmente Sin embargo no se ha desarrollado con fuerza mas que desde hace 4 oacute 5
antildeos en los que la potencia instalada en todo el mundo se ha multiplicado por 5 Este
desarrollo no soacutelo se ha debido a la mejora tecnoloacutegica sino tambieacuten a la mejora de los
aspectos econoacutemicos no obstante los gobiernos han reconocido la existencia de unos
beneficios antildeadidos de la energiacutea eoacutelica especialmente sus ventajas medioambientales Ello
ha hecho que se introduzcan bonificaciones a los precios pagados por ella o subvenciones a
la instalacioacuten de equipos que permiten facilitar el desarrollo en las inversiones en este tipo
de energiacutea Este hecho permitioacute que se comenzara a producir a gran escala promoviendo
tanto el avance tecnoloacutegico como una reduccioacuten en los costos de fabricacioacuten Esto a su vez
ha permitido reducir el costo de generacioacuten de la energiacutea eoacutelica a niveles muy proacuteximos a
los de la generacioacuten eleacutectrica convencional Este factor junto con la existencia de unos
precios de compra favorables explica el desarrollo espectacular de los uacuteltimos antildeos
Pese a todo no hay que olvidar que la energiacutea eoacutelica por su propia naturaleza y por su
tecnologiacutea presenta maacutes riesgos en cuanto a su produccioacuten y costos que las energiacuteas
convencionales y que la disponibilidad econoacutemica es crucial para conseguir una
factibilidad yo rentabilidad aceptable de los equipos Por ello parece necesario estudiar
con alguacuten detalle todos los aspectos econoacutemicos de la energiacutea eoacutelica y el grado en que
influyen los distintos paraacutemetros
121
51 COSTOS DEL SISTEMA CONVERSOR DE ENERGIacuteA EOacuteLICA
Los costos de la energiacutea eoacutelica se pueden analizar desde distintos puntos de vista Para el
inversionista o el promotor de una instalacioacuten los costos a considerar son los costos
privados es decir los soportados directamente por eacuteste como los costos de inversioacuten de
explotacioacuten etc Sin embargo si la inversioacuten se analiza desde un punto de vista puacuteblico o
social es necesario tener en cuenta tambieacuten otros valores a la hora de determinar su
rentabilidad como el ahorro energeacutetico que se produce los costos y beneficios
medioambientales que supone la instalacioacuten
511 Costos privados
Los costos privados de un montaje de estas caracteriacutesticas son el costo de inversioacuten y el
costo de explotacioacuten
5111 Costo de inversioacuten
El costo de inversioacuten incluye el aerogenerador el banco de bateriacuteas el regulador el
inversor la torre y el montaje Como se ilustra en la tabla 19 del capitulo anterior en donde
se muestran tres clases de aerogeneradores se toma en cuenta el costo de cada uno ademaacutes
de los equipos restantes que conforman el sistema conversor de energiacutea eoacutelica con el fin
de determinar diferentes alternativas de inversioacuten Se utiliza una TRM $236328 al 29 de
mayo de 2002 sin embargo se efectuaraacute un anaacutelisis en doacutelares para ser el estudio maacutes
objetivo
El factor de importacioacuten incluye nacionalizacioacuten fletes nacionales internacionales
seguros aduana y aranceles
122
Tabla 23 Alternativa de inversioacuten 1
COSTOSFACTOR
IMPORTACIOacuteNEQUIPO ODETALLE REFERENCIA CANTIDAD VALOR
FOB(USD$) () (USD$)
VALORTOTALFINAL(USD$)
AerogeneradorJBORNAYInclin Neo
15001 2982 40 1193 4175
Banco deBateriacuteas
TROJANB220-4 8 1238 60 743 1981
Inversor 24120 TRACEDR3624 1 1007 40 404 1411
Regulador RG 100A 1 279 40 112 391Torre
Galvanizada Tilt UpTipo pesado 3 10m 0 116
BombaCentriacutefuga 1 0 4872
Montaje 1 0 2158SUB ndash TOTAL 5506 10719
TOTAL 10719 Equipos adquiridos en el paiacutes y cotizados en doacutelares a la TRM incluido el IVA
Tabla 24 Alternativa de inversioacuten 2
COSTOSFACTOR
IMPORTACIOacuteNEQUIPO ODETALLE REFERENCIA CANTIDAD VALOR
FOB(USD$) () (USD$)
VALORTOTALFINAL (USD$)
AerogeneradorBERGEYBwc Excel
15001 4134 40 1654 5788
Banco deBateriacuteas
TROJANB220-4 8 1238 60 743 1981
Inversor 24120 TRACEDR3624 1 1007 40 404 1411
Regulador RG 100A 1 279 40 112 391Torre
Galvanizada Tilt UpTipo pesado 3 10m 0 116
BombaCentrifuga 1 0 4872
Montaje 1 0 2238SUB ndash TOTAL 6658 12412
TOTAL 12412 Equipos adquiridos en el paiacutes y cotizados en doacutelares a la TRM incluido el IVA
123
Tabla 25 Alternativa de inversioacuten 3
COSTOSFACTOR
IMPORTACIOacuteNEQUIPO ODETALLE REFERENCIA CANTIDAD VALOR
FOB(USD$) () (USD$)
VALORTOTAL FINAL
(USD$)
Aerogenerador WHISPERH 1500 1 3922 40 1569 5491
Banco deBateriacuteas
TROJANB220-4 8 1238 60 743 1981
Inversor 24120 TRACEDR3624 1 1007 40 404 1411
Regulador RG 100A 1 279 40 112 391Torre
Galvanizada Tilt UpTipo pesado 3 10m 0 116
BombaCentrifuga 1 0 4872
Montaje 1 0 2224SUB ndash TOTAL 6446 12101
TOTAL 12101 Equipos adquiridos en el paiacutes y cotizados en doacutelares a la TRM incluido el IVA
51111 Costos de montaje
Los gastos de montaje incluyen costos de desplazamiento al sitio de trabajo para 3
personas estadiacutea por dos semanas que aproximadamente dura el montaje transporte de los
equipos materiales eleacutectricos e insumos para la instalacioacuten y salarios para dichas personas
Ademaacutes se incluye una utilidad del 5 sobre el valor total de los equipos para cada
alternativa
Tabla 26 Costos de montaje del sistema eoacutelico
Alte
rnat
iva Diacuteas Comidas
($)
Estadiacutea
($)
Insumos
para la
instalacioacuten
($)
Salarios
($)
Transporte
de equipos
y personal
($)
Utilidad
($)
Total
costo
($)
Montaje
(USD$)
1 10 288000 200000 1000000 2400000 200000 1011602 5099602 2158
2 10 288000 200000 1000000 2400000 200000 1202200 5290200 2238
3 10 288000 200000 1000000 2400000 200000 1167105 5255105 2224
Cotizado en pesos a nivel nacional y evaluado en doacutelares a la TRM $236328
124
EL 95 de los equipos no estaacuten sometidos al reacutegimen de impuesto de valor agregado
(IVA) gracias al decreto 2532 de 2001 a las leyes 697 de 2001 y 223 de 1995 que se
explicaran en el capitulo 7
5112 Costos de explotacioacuten
Los costos anuales de explotacioacuten son del 2 de la inversioacuten inicial Comprenden los
gastos de personal de operacioacuten y mantenimiento de reparaciones y de sustitucioacuten de
equipos como el banco de bateriacuteas que tiene que ser sustituido cada cinco antildeos
Tabla 27 Costo final de las alternativas
Alte
rnat
iva Costo de
equipos
(USD$)
Montaje
(USD$)
Valor
presente
(USD$)
Valor presente
($)
Mto anual 2 de
inversioacuten inicial
(USD$)
1 8561 2158 10719 25331998 21438
2 10174 2238 12412 29334211 24825
3 9877 2224 12101 28597222 24201
Cotizado en pesos a nivel nacional y evaluado en doacutelares a la TRM $236328
52 ANAacuteLISIS FINANCIERO DEL PROYECTO
Invertir es incurrir en la actualidad en un gasto que se espera deacute lugar a una corriente de
beneficios que haraacuten que el inversionista se halle en una posicioacuten maacutes favorable que la que
ocupariacutea en el caso de que el gasto inicial se hubiera destinado a otro uso
Asiacute es que se puede modelizar el proceso mediante la figura 34 donde C0 representa el
capital inicial invertido y FC1 FC2 FC3 FCt y FCN los flujos de fondos para cada periacuteodo
dentro de los n periacuteodos considerados
125
Figura 34 Modelo de flujo de fondos
Para determinar la factibilidad de esta inversioacuten se utilizoacute el meacutetodo del valor presente o
actualizacioacuten del flujo de fondos y para medir la rentabilidad de la misma se aplicaron los
conceptos de Valor Presente Neto (VAN) y de Tasa Interna de Retorno (TIR)
Se analizaraacute este proyecto mediante la aplicacioacuten de los meacutetodos VAN y TIR mencionados
anteriormente
Valor Actual Neto (VAN) El valor presente neto de un proyecto de inversioacuten es su valor
medido en dinero de hoy expresando esta idea de otra manera es el equivalente en pesos
actuales de todos los ingresos y egresos presentes y futuros que constituyen el proyecto
Mediante este meacutetodo se actualizan los flujos de fondos con el fin de hallar su valor actual
en el momento de la inversioacuten que si es positivo indicaraacute que el proyecto presenta un
rendimiento maacutes elevado que el costo de capital necesario para llevarlo a cabo Se expresa
mediante la siguiente ecuacioacuten
sumsumsumsumminusminusminusminus ++++
++++====n
1t tC
O)i1(
FCVAN t (2)
Donde
i es la tasa de corte de mercado
Tasa Interna de Retorno (TIR) Este iacutendice se refiere a la rentabilidad del dinero invertido
en el proyecto y puede ser mayor igual o menor que la tasa de oportunidad aplicable al
inversionista
126
Este meacutetodo se refiere al tipo de intereacutes que aplicado al capital de que se dispone al
comienzo de cada periacuteodo haraacute posible que las entradas de caja sirvan para cubrir
exactamente la totalidad de las cargas de intereacutes y para reponer el capital desembolsado
Se trata de encontrar la solucioacuten de la variable r en la siguiente ecuacioacuten
0)r1(
FCo
n
1tt
Ct ====++++
++++ sumsumsumsumminusminusminusminus
(1)
Donde
Co representa el movimiento de caja al comienzo del periacuteodo de la inversioacuten
FCt los subsiguientes flujos de capital o de caja para cada periacuteodo t
n la vida uacutetil de la inversioacuten
r la rentabilidad interna o TIR
Valor de Salvamento (Vs) Es la recuperacioacuten del capital de trabajo invertido en el
proyecto o en otras palabras el valor de venta del equipo usado al concluir la vida uacutetil del
proyecto Para el caso de este proyecto se toma el valor de salvamento Vs como un 15 de
la inversioacuten inicial para el antildeo 20 de la vida uacutetil
521 Anaacutelisis financiero para cada alternativa
Con los costos finales para cada una de las alternativas mostrados en la tabla 25 se
realizaraacute ahora un anaacutelisis financiero para cada alternativa con una cuota inicial del 30
sobre el valor total de los equipos que tienen que ser importados este porcentaje lo
determina el importador ademaacutes de un plazo de 45 diacuteas para la entrega de los equipos en el
127
sitio En este caso particular se consultoacute con AQUAIRE ECOPRODUCTOS que es una
empresa colombiana dedicada a la importacioacuten de estos sistemas conversores
El 70 restante lo financiaraacute una entidad bancaria a traveacutes de un creacutedito a un posible
inversionista El estudio del creacutedito se haraacute para 24 36 y 60 meses con el fin de buscar
cual seria la solucioacuten maacutes econoacutemica y la maacutes rentable para el posible inversionista
Ademaacutes se incluye el valor del mantenimiento por los 20 antildeos de vida uacutetil del sistema
conversor de forma anual que seraacute del 2 de la inversioacuten inicial Se busca tener una cuota
mensual fija trayeacutendola al valor presente para que solo se pague durante los primeros 5
antildeos de la vida uacutetil del aerogenerador por otro lado este mantenimiento incluye el valor de
reposicioacuten de equipos como lo es el banco de bateriacuteas que tiene que ser cambiado cada
cinco antildeos
En la diagramacioacuten de los fondos de fondos que a continuacioacuten se presentan se mostraraacute el
valor presente neto y la tasa interna de retorno de cada una de las alternativas empezando
por aquella que posee subsidio luego la que no posee subsidio y por uacuteltimo una
comparacioacuten con un estrato maacutes alto que el costo en un estrato cinco
128
Tabl
a 28
Flu
jo d
e fo
ndos
pro
yect
ado
para
las 3
alte
rnat
ivas
Val
or
pres
ente
($
)
Mes
esTa
sa d
e
inte
reacutes
()
Cuo
ta in
icia
l
30
Val
or a
finan
ciar
Cuo
ta m
ensu
alM
ante
nim
ient
o
men
sual
Cos
to
men
sual
Alte
rnat
iva
1
253
319
98C
uota
del
preacutes
tam
o
241
797
599
600
177
323
9891
581
442
220
958
033
63
Cuo
ta d
el
preacutes
tam
o
361
797
599
600
177
323
9867
290
442
220
715
124
41
Cuo
ta d
el
preacutes
tam
o
601
797
599
600
177
323
9848
502
342
220
527
242
78
Alte
rnat
iva
2
293
342
11C
uota
del
preacutes
tam
o
241
798
800
263
205
339
481
060
503
488
903
51
109
393
76
Cuo
ta d
el
preacutes
tam
o
361
798
800
263
205
339
4877
921
748
890
35
828
107
21
Cuo
ta d
el
preacutes
tam
o
601
798
800
263
205
339
4856
165
248
890
35
610
542
08
Alte
rnat
iva
3
285
972
22C
uota
del
preacutes
tam
o
241
798
579
167
200
180
551
033
859
476
620
41
081
521
50
Cuo
ta d
el
preacutes
tam
o
361
798
579
167
200
180
5575
964
047
662
04
807
301
95
Cuo
ta d
el
preacutes
tam
o
601
798
579
167
200
180
5554
754
147
662
04
595
202
90
129
Tabla 29 Flujo de fondos para la alternativa 1 con cuota inicial del 30 a 24 meses
Valor total del creacutedito $ 17732398 Plazo 24 meses Fecha 25-05-02
Intereacutes 2153 anual Mora 3100 anual Cuota mensual $-915814
CUOTANo FECHA CAPITAL
($)INTERES
($)CUOTA
($)SALDO
($)1 240602 -597665 -318149 -915814 17134734
2 240702 -608388 -307426 -915814 16526346
3 230802 -619303 -296510 -915814 15907043
4 220902 -630415 -285399 -915814 15276628
5 221002 -641725 -274088 -915814 14634902
6 211102 -653239 -262575 -915814 13981663
7 211202 -664959 -250854 -915814 13316704
8 200103 -676890 -238924 -915814 12639814
9 190203 -689034 -226779 -915814 11950780
10 210303 -701397 -214417 -915814 11249383
11 200403 -713981 -201833 -915814 10535402
12 200503 -726791 -189023 -915814 9808611
13 190603 -739831 -175983 -915814 9068780
14 190703 -753105 -162709 -915814 8315676
15 180803 -766617 -149197 -915814 7549059
16 170903 -780371 -135443 -915814 6768688
17 171003 -794372 -121442 -915814 5974316
18 161103 -808624 -107189 -915814 5165692
19 161203 -823133 -92681 -915814 4342559
20 150104 -837901 -77913 -915814 3504658
21 140204 -852934 -62879 -915814 2651724
22 150304 -868237 -47576 -915814 1783487
23 140404 -883815 -31999 -915814 899672
24 140504 -899672 -16142 -915814 0
TOTAL -3750736 -1744146 -915814
130
Tabl
a 30
Fl
ujo
de fo
ndos
par
a la
alte
rnat
iva
1 co
n cu
ota
inic
ial d
el 3
0 a
36
mes
es
Val
or to
tal d
el c
reacutedi
to$
177
323
98Pl
azo
36 m
eses
Fech
a25
-05-
02
Inte
reacutes
215
3 a
nual
Mor
a31
00
anu
alC
uota
men
sual
$-67
290
4
CU
OT
AN
oFE
CH
AC
API
TAL
($)
INT
ERES
($)
CU
OT
A ($
)SA
LDO
($)
CU
OT
AN
oFE
CH
AC
API
TA
L ($
)IN
TER
ES ($
)C
UO
TA
($)
SALD
O ($
)1
240
602
-354
756
-318
149
-672
904
173
776
4319
161
203
-488
586
-184
318
-672
904
978
459
9
224
07
02-3
611
21-3
117
84-6
729
0417
016
523
2015
01
04-4
973
52-1
755
52-6
729
049
287
246
323
08
02-3
676
00-3
053
05-6
729
0416
648
923
2114
02
04-5
062
76-1
666
29-6
729
048
780
970
422
09
02-3
741
95-2
987
09-6
729
0416
274
728
2215
03
04-5
153
59-1
575
45-6
729
048
265
611
522
10
02-3
809
09-2
919
96-6
729
0415
893
819
2314
04
04-5
246
06-1
482
99-6
729
047
741
006
621
11
02-3
877
43-2
851
62-6
729
0415
506
077
2414
05
04-5
340
18-1
388
87-6
729
047
206
988
721
12
02-3
947
00-2
782
05-6
729
0415
111
377
2513
06
04-5
435
99-1
293
05-6
729
046
663
389
820
01
03-4
017
81-2
711
23-6
729
0414
709
596
2613
07
04-5
533
52-1
195
52-6
729
046
110
037
919
02
03-4
089
90-2
639
15-6
729
0414
300
606
2712
08
04-5
632
80-1
096
24-6
729
045
546
757
1021
03
03-4
163
28-2
565
77-6
729
0413
884
278
2811
09
04-5
733
86-9
951
8-6
729
044
973
370
1120
04
03-4
237
97-2
491
07-6
729
0413
460
481
2911
10
04-5
836
74-8
923
1-6
729
044
389
696
1220
05
03-4
314
01-2
415
03-6
729
0413
029
080
3010
11
04-5
941
46-7
875
8-6
729
043
795
550
1319
06
03-4
391
41-2
337
63-6
729
0412
589
939
3110
12
04-6
048
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Tabla 32 Flujo de fondos para la alternativa 2 con cuota inicial del 30 a 24 meses
Valor total del creacutedito $20533948 Plazo 24 meses Fecha 25-05-02
Intereacutes 2153 anual Mora 3100 anual Cuota mensual $-1060503
CUOTANo FECHA CAPITAL
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($)1 240602 -692090 -368413 -1060503 19841858
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4 220902 -730014 -330489 -1060503 17690189
5 221002 -743112 -317391 -1060503 16947077
6 211102 -756445 -304059 -1060503 16190632
7 211202 -770016 -290487 -1060503 15420616
8 200103 -783832 -276672 -1060503 14636784
9 190203 -797895 -262608 -1060503 13838889
10 210303 -812211 -248293 -1060503 13026678
11 200403 -826783 -233720 -1060503 12199895
12 200503 -841617 -218886 -1060503 11358278
13 190603 -856717 -203786 -1060503 10501561
14 190703 -872088 -188416 -1060503 9629473
15 180803 -887735 -172769 -1060503 8741738
16 170903 -903662 -156841 -1060503 7838076
17 171003 -919875 -140628 -1060503 6918201
18 161103 -936379 -124124 -1060503 5981822
19 161203 -953180 -107324 -1060503 5028642
20 150104 -970281 -90222 -1060503 4058361
21 140204 -987690 -72814 -1060503 3070671
22 150304 -1005410 -55093 -1060503 2065261
23 140404 -1023449 -37054 -1060503 1041812
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34
139
Tabla 35 Flujo de fondos para la alternativa 3 con cuota inicial del 30 a 24 meses
Valor total del creacutedito $20018056 Plazo 24 meses Fecha 25-05-02
Intereacutes 2153 anual Mora 3100 anual Cuota mensual $-1033859
CUOTANo FECHA CAPITAL
($)INTERES
($)CUOTA
($)SALDO
($)1 240602 -674702 -359157 -1033859 19343353
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5 221002 -724442 -309417 -1033859 16521301
6 211102 -737440 -296420 -1033859 15783861
7 211202 -750671 -283189 -1033859 15033190
8 200103 -764139 -269720 -1033859 14269051
9 190203 -777849 -256011 -1033859 13491202
10 210303 -791805 -242055 -1033859 12699397
11 200403 -806011 -227848 -1033859 11893386
12 200503 -820472 -213387 -1033859 11072914
13 190603 -835193 -198667 -1033859 10237721
14 190703 -850178 -183682 -1033859 9387543
15 180803 -865431 -168428 -1033859 8522112
16 170903 -880959 -152901 -1033859 7641153
17 171003 -896764 -137095 -1033859 6744389
18 161103 -912854 -121006 -1033859 5831535
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23
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67
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2627
2829
3031
3233
3435
3637
3839
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4243
4445
4647
4849
5051
5253
5455
5657
5859
60
FLU
JO D
E FO
ND
OS
2
FLU
JO D
E FO
ND
OS
3
200
18
144
Del anaacutelisis financiero que se le realizoacute a cada una de las alternativas de inversioacuten se puede
observar que la alternativa maacutes favorable para un posible inversionista es la alternativa 1
ya que es la maacutes econoacutemica y presenta un menor endeudamiento Por esta razoacuten se
trabajaraacute en adelante sobre la alternativa 1 baacutesicamente
Tabla 38 Costo total para la alternativa escogida
Costos
(USD$)
Montaje
(USD$)
VAN del mto
anual por
20 antildeos
(USD$)1
Valor
presente
(USD$)
Valor
presente
($)
Mto anual 2
de inversioacuten
inicial
Valor de
salvamento
15
8561 2158 2285 13004 30733037 260 46099561 VAN del flujo de caja por 20 antildeos utilizando una tasa de inflacioacuten del 7 anual
Tabla 39 Flujo de fondos proyectado para la alternativa escogida
Alternativa
1
($)
Meses Tasa
de
intereacutes
()
Cuota
inicial del
30
($)
Valor a
financiar
($)
Cuota
mensual
($)
Mto
mensual
($)
Costo
mensual
($)
30733037 Cuota
del
preacutestamo
24 179 9219911 21513126 1111074 5122173 1162296
Cuota
del
preacutestamo
36 179 9219911 21513126 816734 5122173 867596
Cuota
del
preacutestamo
60 179 9219911 21513126 588435 5122173 639656
145
Tabla 40 Flujo de fondos para la alternativa escogida con cuota inicial del 30 a 24
meses
Valor total del creacutedito $21513126 Plazo 24 meses Fecha 25-05-02
Intereacutes 2153 anual Mora 3100 anual Cuota mensual $-1111074
CUOTANo FECHA CAPITAL
($)INTERES
($)CUOTA
($)SALDO
($)1 240602 -725093 -385981 -1111074 207880332 240702 -738102 -372972 -1111074 20049930
3 230802 -751345 -359729 -1111074 19298585
4 220902 -764826 -346249 -1111074 18533759
5 221002 -778548 -332527 -1111074 17755212
6 211102 -792516 -318558 -1111074 16962695
7 211202 -806735 -304339 -1111074 16155960
8 200103 -821210 -289865 -1111074 15334750
9 190203 -835943 -275131 -1111074 14498807
10 210303 -850942 -260133 -1111074 13647865
11 200403 -866209 -244865 -1111074 12781657
12 200503 -881750 -229324 -1111074 11899906
13 190603 -897570 -213504 -1111074 11002336
14 190703 -913674 -197400 -1111074 10088662
15 180803 -930067 -181007 -1111074 9158595
16 170903 -946754 -164320 -1111074 8211841
17 171003 -963740 -147334 -1111074 7248101
18 161103 -981031 -130043 -1111074 6267070
19 161203 -998633 -112442 -1111074 5268437
20 150104 -1016550 -94525 -1111074 4251887
21 140204 -1034788 -76286 -1111074 3217099
22 150304 -1053354 -57720 -1111074 2163744
23 140404 -1072253 -38821 -1111074 1091491
24 140504 -1091491 -19583 -1111074 0
TOTAL -4550430 -2116016 -1111074 0
146
Tabl
a 41
Fl
ujo
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a la
alte
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con
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30
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Val
or to
tal d
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to$2
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36 m
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a25
-05-
02
Inte
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Mor
a31
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uota
men
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AN
oFE
CH
AC
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($)
INT
ERES
($)
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OT
A ($
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($)
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AN
oFE
CH
AC
API
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)IN
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)C
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TA
($)
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-592
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-816
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02-4
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2015
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81-8
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08
02-4
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163
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2114
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04-6
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09
02-4
539
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97-8
163
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03
04-6
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7410
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621
22-3
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52-8
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04-6
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163
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02-4
704
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7418
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05
04-6
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591
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02-4
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163
7418
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06
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084
091
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01
03-4
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7417
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2613
07
04-6
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03-4
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04-6
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97-8
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729
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03
03-5
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93-3
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163
7416
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2811
09
04-6
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36-8
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746
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04
03-5
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03-5
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05-7
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122
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03-5
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7414
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3308
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05-7
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163
742
363
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1617
09
03-5
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64-2
544
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7413
617
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3410
03
05-7
739
64-4
241
1-8
163
741
589
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1717
10
03-5
720
47-2
443
28-8
163
7413
045
842
3509
04
05-7
878
50-2
852
4-8
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7480
198
5
1816
11
03-5
823
10-2
340
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163
7412
463
532
3609
05
05-8
019
85-1
438
9-8
163
740
TOTA
L-2
700
997
-21
972
50-8
163
740
Tabl
a 42
Fl
ujo
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ndos
par
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02
Inte
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215
3 a
nual
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CU
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CH
AC
API
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($)
INT
ERES
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CU
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TA
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CU
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CH
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TER
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SAL
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($)
($)
($)
($)
No
($)
($)
($)
($)
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3511
393
536
5102
08
06-4
925
71-9
586
3-5
884
354
850
471
3708
06
05-3
840
16-2
044
19-5
884
3511
009
521
5201
09
06-5
014
09-8
702
6-5
884
354
349
062
3808
07
05-3
909
05-1
975
29-5
884
3510
618
616
5301
10
06-5
104
05-7
802
9-5
884
353
838
657
3907
08
05-3
979
19-1
905
16-5
884
3510
220
697
5431
10
06-5
195
63-6
887
2-5
884
353
319
094
4006
09
05-4
050
58-1
833
76-5
884
359
815
638
5530
11
06-5
288
84-5
955
0-5
884
352
790
210
4106
10
05-4
123
26-1
761
09-5
884
359
403
313
5630
12
06-5
383
74-5
006
1-5
884
352
251
836
4205
11
05-4
197
23-1
687
11-5
884
358
983
589
5729
01
07-5
480
33-4
040
2-5
884
351
703
803
4305
12
05-4
272
54-1
611
81-5
884
358
556
335
5828
02
07-5
578
65-3
056
9-5
884
351
145
938
4404
01
06-4
349
20-1
535
15-5
884
358
121
416
5930
03
07-5
678
75-2
056
0-5
884
3557
806
3
4503
02
06-4
427
23-1
457
12-5
884
357
678
693
6029
04
07-5
780
63-1
037
1-5
884
350
TOTA
L-1
270
526
-22
600
82-5
884
350
149
FLU
JOS
DE
FO
ND
OS
PAR
A L
A A
LT
ER
NA
TIV
A E
SCO
GID
A
(mile
s de
CO
P $)
FLU
JO D
E FO
ND
OS
1
111
1
I=1
79
01
23
45
67
89
1011
1213
1415
1617
1819
2021
2223
24
215
13
816
I = 1
79
01
23
45
67
89
1011
1213
1415
1617
1819
2021
2223
2425
2627
2829
3031
3233
3435
36
2
151
3
588
I = 1
79
01
23
45
67
89
1011
1213
1415
1617
1819
2021
2223
2425
2627
2829
3031
3233
3435
3637
3839
4041
4243
4445
4647
4849
5051
5253
5455
5657
5859
60
215
13
FLU
JO D
E FO
ND
OS
2
FLU
JO D
E FO
ND
OS
3
150
53 VALOR DEL SERVICIO DE ENERGIacuteA ELEacuteCTRICA ACTUAL
La empresa que suministra la energiacutea eleacutectrica en la vereda Tibista es la Empresa de
Energiacutea de Boyacaacute A continuacioacuten se ilustra un flujo estimativo del costo de la energiacutea
eleacutectrica proyectado mensual y anualmente para los 20 antildeos de vida uacutetil que posee el
sistema conversor de energiacutea eoacutelica Se tiene un estrato 2 (bajo) que esta dentro de un rango
de 1 a 200kWh cuya tarifa por kilovatio hora es de $13544
En el anexo 4 se muestran las tarifas de energiacutea eleacutectrica que tiene la Empresa de Energiacutea
de Boyacaacute para el departamento de Boyacaacute y Casanare durante el mes de mayo de 2002
Tabla 43 Flujo del servicio de energiacutea eleacutectrica actual por 20 antildeos
Antildeo Inflacioacuten
Presupuestada ()
Valor de energiacutea
eleacutectrica mensual ($)
Valor de energiacutea
eleacutectrica antildeo ($)
01 75 26438 3172562 75 28421 3410523 75 30553 3666364 75 32844 3941285 75 35307 4236846 75 37955 4554607 75 40802 4896248 75 43862 5263449 75 47152 565824
10 75 50688 60825611 75 54490 65388012 75 58577 70292413 75 62970 75564014 75 67693 81231615 75 72770 87324016 75 78228 93873617 75 84095 100914018 75 90402 108482419 75 97182 116618420 75 104471 1253652
TOTAL 13738800
151
En el anexo 5 se ilustra la diagramacioacuten de los flujos de fondos donde se muestra el valor
presente neto y la tasa interna de retorno de la alternativa escogida comparaacutendola con el
pago de la energiacutea entregada por parte de la empresa de energiacutea de Boyacaacute (EBSA) durante
un periodo de 20 antildeos que es la vida uacutetil del aerogenerador empezando la comparacioacuten por
aquella en la que el pago es al cien por ciento del valor del equipo luego con una cuota
inicial del treinta por ciento y el saldo a 24 36 y 60 meses
54 COSTO DE LA ENERGIacuteA GENERADA CON VIENTO
Se explicaraacute la forma de llegar al valor monetario de la unidad de energiacutea eleacutectrica
generada el costo del kWh Los elementos constitutivos de este costo seraacuten en una primera
aproximacioacuten el costo del capital invertido en el sistema el costo de operacioacuten y
mantenimiento y el costo de reposicioacuten de equipos (banco de bateriacuteas) cada cinco antildeos
541 Costo de capital
El costo de capital prorrateado a lo largo de la vida uacutetil de la turbina y actualizando su
valor al momento de la inversioacuten puede evaluarse mediante la siguiente expresioacuten
n)i1(11
iEg
CIECC
++++minusminusminusminus
====
(1)
Donde
CC Costo del capital en [$kWh]
CIE Capital invertido [$] (sin incluir el costo de la bomba centriacutefuga)
Eg Energiacutea eleacutectrica generada en [kWh]
i tasa de intereacutes mensual
n Antildeos de vida uacutetil de la turbina 20 antildeos como estaacutendar de la industria eoacutelica
152
Respecto de la energiacutea generada a lo largo de un antildeo Eg debemos recurrir a una
aproximacioacuten de la energiacutea La forma de llegar a esta estimacioacuten seraacute mediante la siguiente
expresioacuten
7608FCPEg n==== (2)
Donde
Pn Potencia nominal del equipo [kW]
FC Factor de carga
8760 Cantidad de horas en un antildeo
El factor de carga representa el porcentaje de horas que en un antildeo la turbina estaacute entregando
la potencia nominal Este es funcioacuten de la velocidad media del viento de la distribucioacuten de
frecuencias y de la curva caracteriacutestica de la maacutequina Para turbinas de buena calidad la
NASA ha determinado empiacutericamente la siguiente curva para obtener este valor
Figura Factor de carga para aerogeneradores
Como se vio en el capitulo anterior la potencia nominal del equipo es de 15kW y se tiene
para la zona de estudio una velocidad media del viento de 57ms para esta velocidad se
observa en la figura que el factor de carga tiene un valor de 035 ahora se reemplaza este
valor en la ecuacioacuten (2) asiacute
876003515kWEg =
4599kWhEg =
153
Teniendo el valor de Eg se reemplaza este valor en la ecuacioacuten (1) asiacute
20)7911(11
791kWh5994
081181acute24$CC
++++minusminusminusminus
====
$315kWhCC ====
542 Costos de operacioacuten y mantenimiento
Siguiendo ahora con el anaacutelisis de costos de generacioacuten los gastos incurridos en la
operacioacuten y mantenimiento del equipo se consideran que son el 2 del capital total
invertido mientras que en los gastos en impuestos como el IVA (Impuesto de Valor
Agregado) se puede omitir gracias al decreto 2532 de 2001 a las leyes 697 de 2001 y 223
de 1995 que se explicaran en el siguiente capitulo 7 Por lo tanto
020Eg
CIECOM ==== (3)
020kWh5994
081181acute24$COM ====
kWh105$COM ====
543 Costo de reposicioacuten de equipos
Por otro lado el sistema autoacutenomo proveedor de energiacutea eleacutectrica debe disponer de una
fuente de almacenamiento para cubrir los huecos energeacuteticos en diacuteas de calma de viento por
lo que eacuteste debe ser considerado como un integrante maacutes del costo de generacioacuten Asiacute para
el banco de bateriacuteas se tendraacute que su costo prorrateado a lo largo de su vida uacutetil (5antildeos) n
y actualizado al momento de la inversioacuten seraacute
154
n)i1(11
iEg
VBBCRE
++++minusminusminusminus
==== (4)
Donde
CRE Costo del banco de bateriacuteas [$kWh]
VBB Valor del banco de bateriacuteas [$]
5)7911(11
791kWh5994
2516824$CRE
++++minusminusminusminus
====
kWh215$CRE ====
Finalmente el costo total de la unidad de energiacutea generada mediante el aerogenerador
CTEG seraacute la suma de las expresiones anteriores quedando
CRECOMCCCTEG ++++++++==== (5)
kWh)215$105$315($CTEG ++++++++====
kWh635$CTEG ====
CAPITULO 6
6 CONSIDERACIONES AMBIENTALES
Es indudable que cualquier tecnologiacutea produce un impacto sobre el medio ambiente
afectando a la comunidad y siendo en la mayoriacutea de los casos difiacutecil cuantificarlo o no hay
intereacutes en ello pero debe ser evaluado y considerado en toda toma de decisiones Se
analizaraacuten brevemente los diversos aspectos relacionados con la implantacioacuten de sistemas
conversores de energiacutea eoacutelica
61 ASPECTOS POSITIVOS20
Una gran parte de la contaminacioacuten de CO2 a nivel mundial es producido por las plantas
generadoras de electricidad de carboacuten y petroacuteleo
Tabla 44 Emisiones de CO2 en el mundo
Combustible kg de CO2 por GJ kg de CO2 por kg decombustible
Gasolina 73 320Fuelfracciones ligeras del
petroacuteleo74 316
Fracciones pesadas del petroacuteleo 78 315Gas natural (metano) 57 274
Carboacuten 95 233
20 Revista Mundo Eleacutectrico Colombiano No 37 Beneficios e intereses de la energiacutea eoacutelica Paacuteg 95 octubre-diciembre de 1999
156
Si los aerogeneradores desplazan la generacioacuten a carboacuten cada kWh generado por esta
tecnologiacutea evitaraacute lanzar al medio ambiente
bull 5 ndash 8 g de SO2
bull 3 ndash 6 g de NOX
bull 750 ndash 1250 g de CO2
bull 40 ndash 70 g de cenizas y escorias
Las nuevas plantas termoeleacutectricas a carboacuten cuentan con filtros que remueven casi todos los
contaminantes excepto el CO2 que continua saliendo en la misma cantidad Es de anotar
que el CO2 se acumula en la atmoacutesfera y tarda maacutes de 100 antildeos en degradarse
En la actualidad la preocupacioacuten por evitar la destruccioacuten del planeta ha propiciado que
muchos paiacuteses adelanten estudios para lograr una reduccioacuten a mediano plazo de la
produccioacuten de los residuos contaminantes anteriormente mencionados
El maacutes importante de estos estudios se realizoacute basaacutendose en el anaacutelisis hecho por el
Stockholm Enviroment Institute de Boston y un grupo de expertos en diferentes disciplinas
A pesar de utilizar presunciones convencionales en cuanto al crecimiento econoacutemico y
demograacutefico el estudio concluyoacute que es teacutecnicamente factible reducir a la mitad el actual
uso de combustibles foacutesiles para dentro de cuarenta antildeos La utilizacioacuten de petroacuteleo y de
otros combustibles foacutesiles seriacutea abandonados completamente dentro del proacuteximo siglo y la
energiacutea nuclear seriacutea abandonada para el antildeo 2010
El estudio demuestra que una combinacioacuten de mejoras baacutesicas en la eficiencia energeacutetica en
todos los sectores maacutes la introduccioacuten de una gama de energiacuteas renovables como la
energiacutea eoacutelica conduce a reducciones muy significativas en el impacto ambiental de los
combustibles foacutesiles sin ocasionar ninguacuten colapso econoacutemico Esto puede ser una prueba
de que en futuro energeacutetico sin combustibles foacutesiles y sin energiacutea nuclear puede ser una
realidad
157
62 BARRERAS21
621 Impacto visual
El factor visual es el maacutes difiacutecil de cuantificar por que es muy subjetivo algunas personas
objetan al ver los aerogeneradores otras no Los elementos maacutes importantes en el impacto
visual son el tipo de paisaje el nuacutemero de aerogeneradores y la forma en que los
aerogeneradores esteacuten colocados
622 Ruido
El ruido de las turbinas eoacutelicas es generado por componentes mecaacutenicos como es la caja
amplificadora de velocidades o aerodinaacutemicamente por las aspas El ruido puede ser
reducido por un buen disentildeo mantenimiento y aislamiento acuacutestico en el primer caso y con
turbinas de velocidad variable aspas delgadas y disentildeo aerodinaacutemico cuidadoso
Las autoridades puacuteblicas en todo el mundo utilizan la denominada escala dB(A) o
decibelios (A) para cuantificar las medidas de sonido Para tener una idea de la escala se
puede observar la siguiente tabla
Tabla 45 Ejemplo de la escala de decibelios dB(A)
Nivel del
sonido
Umbral de
audibilidad
Susurro Conversacioacuten Trafico
Urbano
Concierto
de rock
Reactor a 10m
de distancia
dB (A) 0 30 60 90 120 150
La escala de decibelios (A) mide la intensidad de sonido en todo el rango de las diferentes
frecuencias audibles (diferentes tonos) y posteriormente utiliza un sistema de ponderacioacuten
21 RODRIacuteGUEZ D Julio M La energiacutea eoacutelica Bogotaacute DC 1992 Universidad Nacional Ingenieriacutea eInvestigacioacuten
158
teniendo en cuenta el hecho de que el oiacutedo humano tiene una sensibilidad diferente a cada
frecuencia de sonido
Figura 35 Propagacioacuten del sonido y distancia
De acuerdo con estaacutendares internacionales los fabricantes de aerogeneradores suelen
especificar niveles teoacutericos de dB(A) que se originan en toda la superficie de la maacutequina y
de su rotor Este nivel suele oscilar entre 65 y 100 dB(A)
623 Uso de terreno
Las experiencias de las granjas eoacutelicas indican que se necesitan de 7 a 12 hectaacutereas por
MW instalado pero no maacutes del 5 de esa aacuterea es usada por las turbinas Sin embargo el
resto del terreno puede seguir siendo usado en labores agriacutecolas
63 PROTOCOLO DE KYOTO
El protocolo de Kyoto es un acuerdo adoptado en la tercera conferencia sobre cambio
climaacutetico de las Naciones Unidas celebrada en diciembre de 1997 en Kyoto(Japoacuten) Por
primera vez se fijaron cuotas para la reduccioacuten de las emisiones de gases causantes del
efecto invernadero Al tiempo que se estableciacutean compromisos se introdujeron los
mecanismos para flexibilizarlos
159
Otros compromisos previstos en este protocolo son
bull Los 38 principales paiacuteses industrializados se comprometen a reducir sus emisiones
de 6 gases perjudiciales para el clima en un 52 por debajo del nivel de 1990 este
objetivo deberaacute ser alcanzado entre el 2008 y 2012
bull Los Estados de Unioacuten Europea deben reducir sus emisiones en un 8 de este
porcentaje se preveacute para Alemania un 21
bull Se introducen nuevos y flexibles instrumentos para la proteccioacuten del clima como el
comercio de emisiones e inversiones en proyectos determinados en paiacuteses
industrializados y en desarrollo apropiados para reducir las emisiones de gases de
efecto invernadero
6311 Conferencias sobre la reduccioacuten de gases de efecto invernadero
bull 1ra Conferencia sobre el cambio climaacutetico
Berliacuten (Alemania) 1995 se firmoacute el llamado ldquoMandato de Berliacutenrdquo por representantes de
160 paiacuteses en donde se establece la voluntad de reducir los gases causantes del efecto
invernadero pero sin compromisos sobre cifras y plazos Se eligioacute la ciudad de Bonn
(Alemania) como sede de la secretariacutea permanente de la convencioacuten marco de la ONU
sobre el cambio climaacutetico
bull 2da Conferencia sobre el cambio climaacutetico
Ginebra (Suiza) 1996 asistieron 150 paiacuteses que asumieron la responsabilidad del factor
humano en el cambio climaacutetico reconociendo la necesidad de fijar un objetivo cuantitativo
para limitar la emisioacuten de gases de efecto invernadero por parte de los paiacuteses
industrializados
bull 3ra Conferencia de Kyoto
Kyoto (Japoacuten) 1997 tambieacuten llamado protocolo de Kyoto asistieron 155 naciones que al
firmar este acuerdo obliga a los paiacuteses industrializados a reducir sus emisiones de gases
dividiendo a estos paiacuteses en 8 grupos y obligando juriacutedicamente a frenar y reducir la
emisioacuten de seis gases que producen el efecto invernadero
160
Se establece que EEUU rebaje un 7 las emisiones de gases contaminantes Japoacuten un 6
la Unioacuten Europea un 8 Rusia un 0 y los Estados de Europa central y Oriental un 8
Estos gases son
CO2
Metano
Oacutexido nitroso
Hidrofluorocarbono
Perfluorocarbono
Sulfuro hexafluoruro
bull 4ta Conferencia de las partes de la convencioacuten marco sobre el cambio climaacutetico
Representantes de 170 paiacuteses aplazan hasta el antildeo 2000 la puesta en marcha del
Mecanismo de Desarrollo Limpio (MDL) acordado en el protocolo de Kyoto acordando
tambieacuten la presencia de organizaciones no gubernamentales en oacuterganos de negociacioacuten de
la convencioacuten del clima
bull 5ta Conferencia del clima
Bonn (Alemania) 1999 acuden 4000 delegados de 166 paiacuteses en donde se ponen en
evidencia las diferencias entre los paiacuteses industrializados y las naciones en desarrollo
bull 6ta Conferencia del clima
La Haya (Holanda) 2000 La reunioacuten fue un fracaso y se suspendioacute sin ninguacuten acuerdo
para precisar los mecanismos de aplicacioacuten del Protocolo de Kyoto los sumideros de
carbono el comercio de los derechos de emisioacuten y la financiacioacuten del mecanismo de
desarrollo limpio
bull 7ta Conferencia del clima (2ordf parte)
Bonn (Alemania) 2001 en esta reunioacuten se planteoacute la disyuntiva de si se enterraba o no el
protocolo de Kyoto este se salvoacute finalmente al anunciar la Unioacuten Europea que iba a
ratificarlo postura a la que se unioacute Japoacuten Sin embargo los EEUU se quedaron aislados
161
64 MECANISMOS DE DESARROLLO LIMPIO22
641 Gases de efecto invernadero
Entre los asuntos que se discutieron con mayor detenimiento y profundidad durante al
conferencia de Riacuteo de Janeiro de las Naciones Unidas sobre ldquoMedio Ambiente y
Desarrollordquo en 1992 y que fue objeto de la mayor preocupacioacuten figura la referente al
ldquoCambio climaacutetico globalrdquo De alliacute surgioacute la Convencioacuten de las Naciones Unidas sobre el
ldquoCambio Climaacuteticordquo suscrita por maacutes de 150 paiacuteses y vigente desde marzo de 1994
A traveacutes de este documento los paiacuteses signatarios se comprometieron a realizar los
inventarios de las fuentes y sumideros de los gases de efecto invernadero (GEI) asiacute como
adelantar programas de mitigacioacuten y a recopilar y dar a conocer informaciones
concernientes a las implementaciones que resultaren necesarias para cumplir con este
propoacutesito internacional
Por otra parte los paiacuteses industrializados a traveacutes de la misma convencioacuten asumieron el
liderazgo en la orientacioacuten de los esfuerzos para lograr la mitigacioacuten de los GEI y
proporcionar ayuda financiera a los paiacuteses en desarrollo que les permita cubrir los costos
que implique la realizacioacuten sobre los informes de la misma materia asiacute como los
incrementos de los costos para las implementaciones que decidan previo acuerdo mutuo
los paiacuteses en desarrollo y los paiacuteses industrializados en cumplimiento de los mismos
compromisos
La Convencioacuten Marco de las Naciones Unidas sobre el Cambio Climaacutetico (CMNUCC)
suscrita por 155 paiacuteses en Riacuteo de Janeiro (Brasil) en 1992 tiene como objetivo la
ldquoestabilizacioacuten de las concentraciones de los gases de efecto invernadero en la atmoacutesfera a
22 VERA O Carlos A Estudio de energizacioacuten rural con fuentes alternativas municipio de San Jose delGuaviare Bogotaacute DC 2001 Trabajo de grado (Ingeniero Electricista) Universidad de la Salle Facultad deIngenieriacutea Eleacutectrica
162
un nivel tal que se puedan evitar interferencias antropogeacutenicas peligrosas para el sistema
climaacuteticordquo (Art 2)
Las directrices para alcanzar esta meta incluyen que todos los paiacuteses que suscribieron el
convenio ldquodeberiacutean proteger el sistema climaacutetico para el beneficio de las generaciones
presentes y futuras de la humanidad sobre la base de la equidad y de acuerdo con sus
responsabilidades comunes pero diferenciadas y su respectiva capacidadrdquo y que ldquolas partes
deberiacutean tomar medidas preventivas para anticipar prevenir o minimizar las causas del
cambio climaacutetico y mitigar sus efectos adversosrdquo (Art 3)
Colombia adopto la CMNUCC el 9 de mayo de 1992 y el Congreso Nacional la aproboacute por
ley 164 de 1995 La Corte Suprema de Justicia la considero exequible y fue ratificada el 22
de marzo de 1995 entroacute en vigencia para el paiacutes el 20 de junio de 1995 Como paiacutes no
perteneciente al Anexo 1 tiene los compromisos generales establecidos para todas las
naciones que suscribieron la CMNUCC
Los paiacuteses industrializados del Anexo 1 estaacuten comprometidos a suministrar recurso
financieros para asistir a los paiacuteses en desarrollo en la preparacioacuten de sus
comunicaciones nacionales y transferir tecnologiacutea para que los paiacuteses en desarrollo
puedan cumplir con la implementacioacuten de sus programas de reduccioacuten de emisiones23
Dentro de este contexto la Academia Colombiana de Ciencias Exactas Fiacutesicas y Naturales
(ACCEFN) con el apoyo de la Sociedad Alemana de Cooperacioacuten Teacutecnica (GTZ) y el
aval del Ministerio del Medio Ambiente realizo durante 1995 y 1996 el inventario de
gases de efecto invernadero- Colombia 1990 Durante 1998 la ACCEFN realizo el estudio
Opciones para la reduccioacuten de emisiones de gases de efecto invernadero en Colombia
1998-2010
23 Estudio de estrategia nacional para la implementacioacuten de mecanismos de desarrollo limpio para Colombia
163
642 Emisiones de CO2
El total de CO2 emitido en Colombia en 1990 fue de 167046Gg es decir una emisioacuten
anual per capita de 52 Tonhab Las principales fuentes fueron Cambio de Uso de la Tierra
y silvicultura especialmente tala y quema del bosque y Sector Energiacutea (quema de
combustibles)
Los sectores que presentaron una mayor participacioacuten en la emisioacuten de CO2 por el consumo
de combustibles foacutesiles (45448Gg) fueron el transporte con 328 energiacutea e industrias de
transformacioacuten con 302 y la industria manufacturera con 233 Estos tres sectores
tienen una participacioacuten del 863 en la generacioacuten de emisiones de CO2
0
5
10
15
20
25
30
35TransporteEnergiacuteaIndustria manofactureraResidencialOtrosComercialIndustrialConstruccioacuten
Figura 36 Emisiones sectoriales de CO2 en Colombia para 1990
643 Evolucioacuten de los mecanismos de Kyoto en las negociaciones de cambio
climaacutetico
En la tercera conferencia de las partes en Kyoto (Japoacuten) los paiacuteses lograron introducir
sistemas de derechos negociables los llamaron Mecanismos de Flexibilidad con el
objetivo de reducir sus costos de cumplir las metas de reduccioacuten de Gases Efecto
Invernadero (GEI)
164
Los costos de cumplimiento de las metas en ausencia de los mecanismos son altos Para
EEUU por ejemplo el costo incremental llegaraacute a US$76 por la uacuteltima tonelada de CO2
reducida Japoacuten enfrenta un costo en casa de US$239
Posteriormente estos niveles de precios fueron corregidos por las incertidumbres sobre la
entrada en vigencia del protocolo la probabilidad que los Certificados de Reduccioacuten de
Emisiones (CRE) se puedan transferir por una tasa de intereacutes del 5 para reflejar el costo
de oportunidad de realizar una inversioacuten hoy El rango de precios resultante fue 19
US$Ton CO2 Hasta la fecha se han aprobado 114 proyectos dentro de la fase piloto de las
actividades implementadas conjuntamente desde que empezoacute el programa en abril de 1995
El intereacutes general y objetivo de Kyoto frente al mecanismo de Desarrollo Limpio (MDL)
es promover el desarrollo sostenible en paiacuteses en viacutea de desarrollo y ayudar a los paiacuteses
industrializados a alcanzar sus metas de reduccioacuten de emisiones
65 LICENCIA AMBIENTAL PARA EL PROYECTO
Las autoridades competentes que expiden la licencia ambiental necesaria para llevar a cabo
un proyecto de estas caracteriacutesticas dependiendo de la jurisdiccioacuten en que estas tengan
derechos son las Corporaciones Autoacutenomas Regionales (ver anexo 6)
La Corporacioacuten Autoacutenoma Regional que tiene bajo su jurisdiccioacuten la vereda Tibista zona
rural del municipio de Saboyaacute es la CAR (Corporacioacuten Autoacutenoma Regional de
Cundinamarca) regional Ubateacute-Suaacuterez seccional Chiquinquiraacute esta seccional exige el
diligenciamiento de una solicitud de licencia ambiental (ver anexo 7) y posteriormente una
visita de sus funcionarios que observaraacuten el sitio del montaje de los equipos para obtener la
aprobacioacuten final de la licencia
CAPITULO 7
7 MARCO LEGAL Y TRIBUTARIO
Para entender mejor lo que se podraacute presentar en Colombia con respecto a los impuestos y
exenciones tributarias se debe conocer lo que sucede en otros paiacuteses del mundo en la
materia
71 INCENTIVOS INTERNACIONALES PARA LA ENERGIacuteA EOacuteLICA24
Particularmente en paiacuteses industrializados y de acuerdo con el protocolo de Kyoto
diversos gobiernos han implementado o planean implementar poliacuteticas e incentivos para
promover el desarrollo de energiacuteas limpias
711 Incentivos fiscales
Dentro de esta categoriacutea se encuentran los incentivos de inversioacuten particularmente los
impuestos de creacuteditos de inversioacuten son usualmente maacutes bajos al reducirse estos bajan los
costos del inversionista por medio de su ahorro
712 Depreciacioacuten acelerada
La depreciacioacuten acelerada de un equipo eoacutelico (por ejemplo alcanzando el 100 de
depreciacioacuten de una turbina en el primer antildeo de operacioacuten) bajaraacute significativamente la
24 OROZCO P Andreacutes Viabilidad teacutecnica y econoacutemica de la instalacioacuten de granjas eoacutelicas para suministro deenergiacutea eleacutectrica en Colombia Bogotaacute DC 1999 Trabajo de grado (Ingeniero Eleacutectrico) Universidad de losAndes Facultad de Ingenieriacutea Eleacutectrica
166
cantidad de impuestos pagados durante el estado inicial del proyecto esto alivia en parte
los elevados costos de capital al inicio de una planta eoacutelica
713 Subsidios
Existen muchas razones por las que el pago en efectivo puede ayudar a la promocioacuten de la
energiacutea eoacutelica muchas veces el pago de efectivo para la instalacioacuten de un sistema de
energiacutea eoacutelica es maacutes beneacutefico a un potencial inversor que tiene una renta de base limitada
para tomar completa ventaja de un creacutedito de inversioacuten Este tipo de incentivo ayuda a un
inversor privado al reducir el gravamen ya que la porcioacuten subsidiada de la planta de
potencia no es grabada
714 Pagos en efectivo por kWh
Estos pagos son similares en naturaleza a los subsidios de inversioacuten aunque el gobierno
paga al generador una cierta cantidad de dinero por kWh producido este incentivo no
solamente ayuda a un inversionista a construir un parque eoacutelico sino que estimula la
produccioacuten de electricidad
715 Exenciones arancelarias
Son otras formas de incentivos a la inversioacuten los gobiernos pueden reducir o eliminar la
cantidad de aranceles para la importacioacuten de la turbina esto baja efectivamente el costo de
capital y el costo inicial del proyecto ya que la mayoriacutea de los costos de un proyecto eoacutelico
provienen de la inversioacuten de capital inicial
716 Renuncia del uso de derechos impuestos de propiedad de la tierra
Se usa para reducir los costos involucrados con la inversioacuten inicial de un parque eoacutelico
Una cantidad significativa de tierra es necesaria para el desarrollo de un proyecto grandes
167
cantidades de tierra estaacuten asociadas con impuestos maacutes altos o derechos por el uso de esa
tierra ademaacutes en muchas instancias los impuestos de propiedad estaacuten basados en el valor
de las facilidades sobre la propiedad Comparada con plantas de combustible foacutesil las
plantas eoacutelicas estaacuten valoradas en una tasa mucho mayor y estaacuten sujetas a pagar maacutes altos
impuestos eliminando o reduciendo los derechos o impuestos sobre la tierra donde se ubica
la granja eoacutelica se bajaran los costos del proyecto
72 FINANCIACIOacuteN
La energiacutea renovable para muchas instituciones es considerada de alto riesgo debido a la
cualidad intermitente de la fuente de energiacutea muchos gobiernos garantizan preacutestamos dan
subsidio efectivamente maacutes bajos que las tasas de intereacutes que los inversionistas deben
pagar u ofrecen preacutestamos de bajo intereacutes Estos incentivos financieros para inversiones de
capital ayudan a aliviar los pagos que el operador del parque debe pagar en los primeros
antildeos del proyecto
73 REGULACIONES AMBIENTALES
731 Emisiones normalizadas
Muchas naciones desarrolladas que tienen poliacuteticas concernientes a la degradacioacuten
ambiental han formulado una serie de normas acerca de las emisiones para elevar la
calidad del aire a traveacutes de sus paiacuteses Estas medidas usualmente se representan en la forma
de capas de emisioacuten donde un cierto nivel de polucioacuten es permitido por la ley y maacutes allaacute de
este se toma alguna medida punitiva
732 Impuestos de emisioacuten
Muchos paiacuteses han desincentivado la construccioacuten y operacioacuten de plantas de potencia
polucionales tomando en cuenta impuestos sobre emisiones entre maacutes emisiones se
168
presentan en la atmoacutesfera se deben pagar maacutes impuestos La reduccioacuten de las emisiones a
un nivel oacuteptimo puede no ser el eacutexito primario de los impuestos sin embargo se elevan las
rentas estatales que pueden ser usadas para prevenir o controlar otros dantildeos al medio
ambiente o para implementar fuentes de energiacutea limpia
733 Raacutepida aprobacioacuten de proyectos ambientales
Esta poliacutetica se da para incentivar los proyectos energeacuteticos renovables en la medida en
que los proyectos son maacutes raacutepidamente aprobados maacutes raacutepido se puede comenzar a
construir y obtener beneficios
74 PROGRAMAS VOLUNTARIOS
741 Eliminacioacuten de subsidios para el combustible convencional
Muchos gobiernos subsidian en una forma u otra el combustible convencional como Diesel
Esos subsidios bajan artificialmente los costos asociados con generacioacuten de potencia
convencional Eliminando estos subsidios la energiacutea renovable seraacute maacutes competitiva y en
algunos casos menos costosa que la convencional
75 PAIacuteSES EN LOS QUE SE ESTIMULA EL USO DE ENERGIacuteA EOacuteLICA Y TIPO
DE ESTIacuteMULO25
bull Alemania Subsidios financiacioacuten subsidian en efectivo y precios preferenciales
depreciacioacuten acelerada reducciones y exenciones sobre los costos del inversor
rebajas en impuestos
25 OROZCO P Andreacutes Viabilidad teacutecnica y econoacutemica de la instalacioacuten de granjas eoacutelicas para suministro deenergiacutea eleacutectrica en Colombia p 97 Bogotaacute DC 1999 Trabajo de grado (Ingeniero Eleacutectrico) Universidadde los Andes Facultad de Ingenieriacutea Eleacutectrica
169
bull Argentina Presenta como incentivos fiscales la renuncia a los deberes de
importacioacuten
bull Brasil Exencioacuten de los impuestos temporales ademaacutes otorga creacuteditos a la
produccioacuten
bull Canadaacute Incentivos a los impuestos de inversioacuten
bull China Reduccioacuten de los deberes tributarios del inversionista reembolso de los
impuestos de renta y aprobacioacuten raacutepida de los proyectos ambientales
bull Dinamarca Subsidios en parte de los costos creacuteditos subsidios en efectivo
ademaacutes se presentan impuestos al carboacuten
bull Estados Unidos Creacuteditos de inversioacuten creacuteditos en efectivo a la produccioacuten con
respecto al medio ambiente se tienen en cuenta impuestos a la emisioacuten
bull Filipinas Exenciones en deberes a los inversionistas
bull Francia Como regulaciones ambientales el paiacutes cuenta con impuestos a las
emisiones
bull Gran Bretantildea Contratos a largo teacutermino
bull Holanda Depreciacioacuten acelerada impuestos al carboacuten
bull Indonesia Subsidios de capital
bull Italia Precio preferencial contratos a largo teacutermino
bull Japoacuten Impuestos a la emisioacuten
bull Meacutexico Depreciacioacuten acelerada
76 REGULACIOacuteN DE LAS ENERGIacuteAS ALTERNATIVAS EN COLOMBIA
En Colombia se promueve y se estimula el uso de fuentes alternativas de energiacutea por
medio de las disposiciones que adopta el gobierno nacional a traveacutes de sus entidades
gubernamentales de la siguiente manera
170
761 Ley 697 de octubre de 2001
LeyNo Proyecto De Ley Autor Ponentes
697Mediante el cual se fomenta el uso racional y eficientede la energiacutea se promueve la utilizacioacuten de energiacuteas
alternativas y se dictan otras disposiciones
SamuelMorenoRojas
Manuel GuillermoInfante Hugo Serrano
German Rojas
Esta ley a traveacutes de los artiacuteculos 1deg 2deg 4deg 7deg 9deg y 10deg promueve el uso racional de
energiacutea como la utilizacioacuten de las fuentes renovables Asiacute
Artiacuteculo 1deg Declaacuterase el Uso Racional y Eficiente de la Energiacutea (URE) como un asunto de
intereacutes social puacuteblico y de conveniencia nacional fundamental para asegurar el
abastecimiento energeacutetico pleno y oportuno la competitividad de la economiacutea colombiana
la proteccioacuten al consumidor y la promocioacuten del uso de energiacuteas no convencionales de
manera sostenible con el medio ambiente y los recursos naturales
Artiacuteculo 2deg El Estado debe establecer las normas e infraestructura necesarias para el cabal
cumplimiento de la presente ley creando la estructura legal teacutecnica econoacutemica y
financiera necesaria para lograr el desarrollo de proyectos concretos URE a corto
mediano y largo plazo econoacutemica y ambientalmente viables asegurando el desarrollo
sostenible al tiempo que generen la conciencia URE y el conocimiento y utilizacioacuten de
formas alternativas de energiacutea
Artiacuteculo 4deg Entidad responsable El Ministerio de Minas y Energiacutea seraacute la entidad
responsable de promover organizar asegurar el desarrollo y el seguimiento de los
programas de uso racional y eficiente de la energiacutea de acuerdo a lo dispuesto en la presente
ley y cuyo objetivo es
1 Promover y asesorar los proyectos URE presentados por personas naturales o
juriacutedicas de derecho puacuteblico o privado de acuerdo con los lineamientos del
programa de Uso Racional y Eficiente de la Energiacutea y demaacutes formas de energiacutea no
convencionales (PROURE) estudiando la viabilidad econoacutemica financiera
tecnoloacutegica y ambiental
2 Promover el uso de energiacuteas no convencionales dentro del programa de Uso
Racional y Eficiente de la Energiacutea y demaacutes formas de Energiacutea no Convencionales
(PROURE) estudiando la viabilidad tecnoloacutegica ambiental y econoacutemica
171
Artiacuteculo 7deg Estiacutemulos y sanciones
1 Para la investigacioacuten El Gobierno Nacional propenderaacute por la creacioacuten de
programas de investigacioacuten en el Uso Racional y Eficiente de la Energiacutea a traveacutes de
Colciencias seguacuten lo establecido en la Ley 29 de 1990 y el Decreto 393 de 1991
2 Para la educacioacuten El Icetex beneficiaraacute con el otorgamiento de preacutestamos a los
estudiantes que quieran estudiar carreras o especializaciones orientados en forma
especiacutefica a aplicacioacuten en el campo URE
3 Reconocimiento Puacuteblico El Gobierno Nacional crearaacute distinciones para personas
naturales o juriacutedicas que se destaquen en el aacutembito nacional en aplicacioacuten del URE
las cuales se otorgaraacuten anualmente El Ministerio de Minas y Energiacutea daraacute amplio
despliegue a los galardonados en los medios de comunicacioacuten maacutes importantes del
paiacutes
4 Generales El Gobierno Nacional estableceraacute los incentivos e impondraacute las
sanciones de acuerdo con el programa de uso racional y eficiente de la energiacutea y
demaacutes formas de energiacutea no convencionales de acuerdo a las normas legales
vigentes
Artiacuteculo 9deg Promocioacuten del uso de fuentes no convencionales de energiacutea El Ministerio de
Minas y Energiacutea formularaacute los lineamientos de las poliacuteticas estrategias e instrumentos para
el fomento y la promocioacuten de las fuentes no convencionales de energiacutea con prelacioacuten en las
zonas no interconectadas
Artiacuteculo 10degdegdegdeg El Gobierno Nacional a traveacutes de los programas que se disentildeen incentivaraacute y
promoveraacute a las empresas que importen o produzcan piezas calentadores paneles solares
generadores de biogaacutes motores eoacutelicos yo cualquier otra tecnologiacutea o producto que use
como fuente total o parcial las energiacuteas no convencionales ya sea con destino a la venta
directa al puacuteblico o a la produccioacuten de otros implementos orientados en forma especiacutefica a
proyectos en el campo URE de acuerdo a las normas legales vigentes
762 Ley 223 de diciembre de 1995
Ley No Entidad Emisora Fecha
223 Congreso de la Repuacuteblica Diciembre 20 de 1995
172
Con esta ley a traveacutes de su artiacuteculo 4to se excluye del impuesto de valor agregado (IVA) a
equipos destinados a promover las energiacuteas renovables Asiacute
Articulo 4deg Bienes excluidos del impuesto Quedan excluidos del IVA los siguientes
bienes
Numeral 4 Los equipos y elementos nacionales o importados que se destinen a la
construccioacuten instalacioacuten montaje y operacioacuten de sistemas de control y monitoreo
necesarias para el cumplimiento de las disposiciones regulaciones y estaacutendares ambientales
vigentes para la cual deberaacute acreditarse tal condicioacuten ante el Ministerio del Medio
Ambiente
763 Decreto 2532 de noviembre de 2001
Decreto No Entidad Emisora Fecha
2532 Ministerio de Hacienda y Creacutedito Publico Noviembre 27 de 2001
Este decreto al igual que la ley 223 de 1995 a traveacutes de los artiacuteculos 1deg 2deg 3deg y 4deg
excluye del impuesto de valor agregado (IVA) a los equipos de energiacuteas alternativas Asiacute
Artiacuteculo 1ordm Requisitos para solicitar la exclusioacuten de Impuesto sobre las Ventas El
Ministerio del Medio Ambiente mediante resolucioacuten estableceraacute la forma y requisitos como
han de presentarse a su consideracioacuten las solicitudes de calificacioacuten de que tratan los
artiacuteculos 424-5 numeral 4ordm y 428 literal f del Estatuto Tributario con miras a obtener la
exclusioacuten de Impuesto sobre las ventas correspondiente
Artiacuteculo 2ordm Definicioacuten de sistema de control ambiental sistema de monitoreo ambiental y
programa ambiental Para efectos de lo dispuesto en el artiacuteculo 424-5 numeral 4 y 428
literal f del Estatuto Tributario se adoptan las siguientes definiciones
1 Sistema de control ambiental Es el conjunto ordenado de equipos elementos o
maquinaria nacionales o importados seguacuten sea el caso que se utilizan para el
desarrollo de acciones destinadas al logro de resultados medibles y verificables de
disminucioacuten de la demanda de recursos naturales renovables o de prevencioacuten yo
reduccioacuten del volumen yo mejoramiento de la calidad de residuos liacutequidos
173
emisiones atmosfeacutericas o residuos soacutelidos Los sistemas de control pueden darse al
interior de un proceso o actividad productiva lo que se denomina control ambiental
en la fuente yo al finalizar el proceso productivo en cuyo caso se hablaraacute de
control ambiental al final del proceso
2 Sistema de monitoreo ambiental Es el conjunto sistemaacutetico de elementos
equipos o maquinaria nacionales o importados seguacuten sea el caso destinados a la
obtencioacuten verificacioacuten o procesamiento de informacioacuten sobre el estado calidad o
comportamiento de los recursos naturales renovables variables o paraacutemetros
ambientales vertimientos residuos yo emisiones
3 Programa ambiental Es el conjunto de acciones orientadas al desarrollo de los
planes y poliacuteticas ambientales nacionales previstas en el Plan Nacional de
Desarrollo yo formuladas por el Ministerio del Medio Ambiente asiacute como tambieacuten
las que correspondan a la implementacioacuten de los planes ambientales regionales
definidos por las autoridades ambientales Dichas acciones deben ajustarse a los
objetivos de los sistemas de control y monitoreo ambiental definidos conforme con
el presente decreto
Artiacuteculo 3ordm Elementos o equipos que son objeto del beneficio tributario previsto en el
artiacuteculo 424-5 numeral 4ordm El Ministerio del Medio Ambiente certificaraacute en cada caso los
elementos equipos y maquinaria que de conformidad con el artiacuteculo 424-5 numeral 4 del
Estatuto Tributario esteacuten destinados a la construccioacuten instalacioacuten montaje y operacioacuten de
sistemas de control y monitoreo ambiental para el cumplimiento de las disposiciones
regulaciones y estaacutendares ambientales vigentes
Artiacuteculo 4ordm Exclusioacuten del IVA en aplicacioacuten del artiacuteculo 428 literal f del Estatuto
Tributario El Ministerio del Medio Ambiente certificaraacute en cada caso que la maquinaria y
equipo a que hace referencia el artiacuteculo 428 literal f del Estatuto Tributario sea destinada a
sistemas de control ambiental y especiacuteficamente a reciclar y procesar basuras o
desperdicios (la maquinaria comprende lavado separado reciclado y extrusioacuten) para la
depuracioacuten o tratamiento de aguas residuales emisiones atmosfeacutericas o residuos soacutelidos
para recuperacioacuten de los riacuteos o el saneamiento baacutesico para lograr el mejoramiento del
medio ambiente siempre y cuando hagan parte de un programa que se apruebe por el
174
Ministerio del Medio Ambiente asiacute como sobre los equipos para el control y monitoreo
ambiental incluidos aquellos para cumplir los compromisos del Protocolo de Montreal
8 CONCLUSIONES
Gracias a la realizacioacuten del presente trabajo se pudo determinar que la utilizacioacuten de la
energiacutea eoacutelica para la generacioacuten de energiacutea eleacutectrica en zonas donde exista el potencial
eoacutelico suficiente en todo el territorio nacional es una alternativa que puede ser confiable
desde el punto de vista teacutecnico para las zonas apartadas del paiacutes que no esteacuten conectadas al
sistema interconectado nacional Esto se debe a que el desarrollo constante de la tecnologiacutea
hace que los sistemas conversores de energiacutea eoacutelica sean cada vez maacutes eficientes
Se determinoacute un lugar especiacutefico en el cual se aplicoacute la utilizacioacuten de la energiacutea eoacutelica
dicho lugar fue la Vereda Tibista zona rural del Municipio de Saboyaacute ubicado en el
departamento de Boyacaacute se encontroacute que esta zona presenta un potencial eoacutelico suficiente
del orden de 57ms lo que hace posible la instalacioacuten de un aerogenerador de 15kW con
respaldo de un banco de bateriacuteas Se dejoacute un sistema flexible el cual pueda estar sometido a
futuras ampliaciones o conexiones de equipos agriacutecolas como lo son equipos de ordentildeo
para ganado sistemas automaacuteticos de riego bebedores automaacuteticos para ganado
invernaderos motosierras etc Todo esto con el fin de tener autosuficiencia es decir que
se pueda generar su propia energiacutea eleacutectrica
Dentro del desarrollo del trabajo se encontroacute un buen nuacutemero de fabricantes
internacionales de aerogeneradores de baja potencia principalmente en Estados Unidos y
Espantildea En Colombia existen empresas como AQUAIRE ECOPRODUCTOS COHISCOL
LTDA que se dedican a la importacioacuten de estos equipos para todo el territorio nacional
Desde el punto de vista econoacutemico el proyecto no es atractivo para este lugar especifico
debido al bajo costo del kWh que suministra EBSA Este proyecto seriacutea maacutes rentable si se
realizara en zonas no interconectadas comparaacutendolo con otras alternativas como los es la
177
generacioacuten con un equipo diesel o haciendo la comparacioacuten con el costo que se generariacutea
tender redes del sistema de transmisioacuten nacional
En el estudio econoacutemico realizado al sistema conversor de energiacutea eoacutelica se tuvieron en
cuenta tres alternativas de inversioacuten diferentes tomando en cuenta ciertos aspectos como
una inversioacuten inicial baja y una financiacioacuten a 24 36 y 60 meses del valor restante de los
equipos a traveacutes de una entidad bancaria
Escogiendo asiacute la alternativa maacutes econoacutemica y rentable esto con el fin de plantear una
solucioacuten para un posible inversionista y dejar en claro que la opcioacuten de generar energiacutea
eleacutectrica a traveacutes de un sistema conversor de energiacutea eoacutelica es tambieacuten una solucioacuten
factible A pesar de las caracteriacutesticas anteriores resultariacutea maacutes rentable si se tuviera un
aerogenerador de mayor capacidad y se conectaran varios usuarios a dicho sistema
El mercado y las nuevas tecnologiacuteas asiacute como la necesidad de un futuro en que la
generacioacuten de energiacutea eleacutectrica sea una industria que no termine con los recursos naturales
y por otra parte aporte a la conservacioacuten del medio ambiente hace que los paiacuteses
desarrollados se fortalezcan en perfeccionar las tecnologiacuteas de fabricacioacuten de los sistemas
conversores de energiacutea eoacutelica y por ende sea maacutes factible econoacutemicamente su aplicacioacuten en
paiacuteses en proceso de desarrollo tecnoloacutegicamente como lo es Colombia Por todo ello se
logra cumplir el objetivo primordial que se busca en la presentacioacuten de este proyecto
suministrar de manera eficaz en la vereda Tibista zona rural de Saboyaacute energiacutea eleacutectrica
por medio de un aerogenerador de baja potencia sin alterar el ecosistema natural
Ademaacutes se tiene que Colombia en su marco regulatorio de las energiacuteas renovables cuenta
con ciertas leyes como lo son la ley 697 de octubre de 2001 223 de diciembre de 1995 y
el decreto 2532 de noviembre de 2001 que fomentan el uso racional de energiacutea y permiten
la exencioacuten del pago de algunos impuestos sobre la importacioacuten de equipos que esteacuten
destinados a instalaciones que utilicen energiacuteas alternativas
177
Es necesario que el gobierno tome medidas para la disminucioacuten del costo de importacioacuten de
materiales para los diferentes tipos de energiacutea alternativa buscando ofrecer al paiacutes nuevas
opciones de uso y aprovechamiento de energiacuteas limpias
Tambieacuten se establecioacute que el aumento progresivo y creacioacuten de nuevos impuestos no
convierte en una oportunidad viable la importacioacuten de nuevas alternativas en el sector
eleacutectrico por el contrario ello dificulta y atrasa la utilizacioacuten de fuentes renovables en el
paiacutes creando un riesgo en el beneficio de dichas fuentes Sin embargo se espera que en el
transcurrir del tiempo esta tecnologiacutea se expanda y evolucione reduciendo los costos de
fabricacioacuten y se logre que la importacioacuten del producto ya terminado como de las materias
primas sea maacutes atractiva haciendo posible en un futuro la fabricacioacuten y ensamblaje en el
paiacutes
9 RECOMENDACIONES
Para determinar la viabilidad teacutecnica en un sitio determinado es necesario realizar las
mediciones a nivel vertical sobre dicho sitio mas exactamente a 10m de la superficie como
miacutenimo ya que la velocidad del viento varia con la altura y con la posicioacuten de obstaacuteculos
alrededor del lugar Ademaacutes implementar el desarrollo de programas de valorizacioacuten del
recurso eoacutelico en lugares donde sea viable el estudio logrando asiacute una posible
implementacioacuten de los sistemas conversores de energiacutea eoacutelica tanto para generar energiacutea
eleacutectrica como para sistemas de aerobombeo
Utilizar fuentes no convencionales de energiacutea como lo puede ser la energiacutea eoacutelica la
energiacutea solar la biomasa etc para electrificar zonas donde la red eleacutectrica no exista por su
alto costo o por su difiacutecil acceso tambieacuten se recomienda utilizar estas fuentes de energiacutea en
sistemas donde es importante tener una continuidad en el servicio como por ejemplo
sistemas de comunicaciones y microondas
Buscar por medio de los gobiernos municipales departamentales y del gobierno nacional
la eliminacioacuten de impuestos estos por lo menos durante la mitad de la vida uacutetil del
aerogenerador ya que ello ayudariacutea a disponer de creacuteditos blandos para una futura
implementacioacuten Estas liacuteneas de creacutedito y financiacioacuten deben ser a largo plazo y un intereacutes
maacutes bajo que el manejado a nivel bancario logrando asiacute hacer una recuperacioacuten de capital
maacutes pronto y por ello haciendo maacutes llamativa la inversioacuten
Crear programas de investigacioacuten con otras facultades o entidades gubernamentales que
permitan realizar proyectos enfocados hacia la preservacioacuten de los recursos no renovables y
del medio ambiente utilizando las energiacuteas no convencionales
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Anexo 2 Ubicacioacuten geograacutefica de la estacioacuten metereoloacutegicaldquoALTO SABOYAacuterdquo
Anexo 3 Regiacutemenes de vientos de la estacioacuten ldquoALTO SABOYAacuterdquo de antildeos anteriores a 1997
Anexo 4 Tarifas de energiacutea eleacutectrica para Boyacaacute y Casanare durante el mes de mayo de 2002
RANGO DE Subsidio (-) oacute NIVEL DE TENSION
ESTRATO CONSUMO TARIFA CU(1) Contribucioacuten (2) CONCEPTO TARIFA Contribucioacuten (2) TARIFA Subsidio1 Entre 1 y 200 kWh 11287 22574 -50 NIVEL DE TENSION 1 (menor a 1 kilovoltio)
(Bajo Bajo) Mayor de 200 kWh 22574 22574 0 ACTIVA PLANA (00 a 24 horas) 27088 20 22574 02 Entre 1 y 200 kWh 13544 22574 -40 - Distritos o Asociaciones de Riego -- -- 11287 -50
(Bajo) Mayor de 200 kWh 22574 22574 0 ACTIVA DIFERENCIAL DOBLE (Una Punta)3 Entre 1 y 200 kWh 19188 22574 -15 - Horas Punta (17 a 21 horas) 32968 20 27473 0
(Medio Bajo) Mayor de 200 kWh 22574 22574 0 - Horas Fuera de Punta (00 a 17 y 21 a 24 horas) 24605 20 20504 04 ACTIVA DIFERENCIAL DOBLE (Dos Puntas)
(Medio) - Horas Punta (09 a 12 y 18 a 21 horas) 29355 20 24462 05 - Horas Fuera de Punta (00 a 09 12 a 18 y 21 a 24 horas) 24880 20 20734 0
(Medio Alto) ACTIVA DIFERENCIAL TRIPLE6 - Horas Demanda Miacutenima (00 a 05 horas) 22823 20 19019 0
(Alto) - Horas Demanda Media (05 a 17 y 21 a 24 horas) 25199 20 20999 0- Horas Demanda Maacutexima (17 a 21 horas) 32968 20 27473 0
RANGO DE Subsidio (-) oacute REACTIVA (00 a 24 horas) 27088 20 22574 0 ESTRATO CONSUMO TARIFA CU(1) Contribucioacuten (2) NIVEL DE TENSION 2 (entre 1 y 30 kilovoltios)
1 2 3 y 4 Mayor de 0 kWh 22574 22574 0 ACTIVA PLANA (00 a 24 horas) 21208 20 17674 0 5 y 6 Mayor de 0 kWh 27088 22574 20 - Distritos o Asociaciones de Riego -- -- 8837 -50
ACTIVA DIFERENCIAL DOBLE (Una Punta)COMPONENTES DEL COSTO UNITARIO DE PRESTACION DEL SERVICIO - Horas Punta (17 a 21 horas) 23778 20 19815 0
- Horas Fuera de Punta (00 a 17 y 21 a 24 horas) 20199 20 16832 0ACTIVA DIFERENCIAL DOBLE (Dos Puntas)- Horas Punta (09 a 12 y 18 a 21 horas) 22458 20 18715 0
Concepto Nivel Tensioacuten 1 2 3 4 - Horas Fuera de Punta (00 a 09 12 a 18 y 21 a 24 horas) 20241 20 16868 0 Generacioacuten G mt 5785 5785 5785 5785 ACTIVA DIFERENCIAL TRIPLE Transmisioacuten T mtz 1569 1569 1569 1569 - Horas Demanda Miacutenima (00 a 05 horas) 18878 20 15732 0 Peacuterdidas Reconocidas PR nt 1475 710 506 353 - Horas Demanda Media (05 a 17 y 21 a 24 horas) 20639 20 17199 0 Distribucioacuten D nm 8360 4170 2407 1070 - Horas Demanda Maacutexima (17 a 21 horas) 23778 20 19815 0 Otros Costos O mt 1358 1358 1358 1358 REACTIVA (00 a 24 horas) 21208 20 17674 0 Comercializacioacuten C mt 4229 4229 4229 4229 NIVEL DE TENSION 3 (entre 30 y 62 kilovoltios)
Costo Unitario CU nmt 22574 17674 15740 14281 ACTIVA PLANA (00 a 24 horas) 18888 20 15740 0ACTIVA DIFERENCIAL DOBLE (Una Punta) Horas Punta (17 a 21 horas) 20777 20 17314 0 Horas Fuera de Punta (00 a 17 y 21 a 24 horas) 18122 20 15102 0ACTIVA DIFERENCIAL DOBLE (Dos Puntas)
Horas Punta (09 a 12 y 18 a 21 horas) 19747 20 16456 0
Oficina Atencioacuten al Cliente Tunja 9800 918710 Horas Fuera de Punta (00 a 09 12 a 18 y 21 a 24 horas) 18171 20 15142 0
Oficina Atencioacuten al Cliente Yopal 9800 912870 ACTIVA DIFERENCIAL TRIPLE
Oficina Atencioacuten al Cliente Sogamoso 9800 918730 Horas Demanda Miacutenima (00 a 05 horas) 17709 20 14758 0
Oficina Atencioacuten al Cliente Duitama 9800 918720 Horas Demanda Media (05 a 17 y 21 a 24 horas) 18226 20 15188 0
Oficina Atencioacuten al Cliente Chiquinquiraacute 9800 918740 Horas Demanda Maacutexima (17 a 21 horas) 20777 20 17314 0
Oficina Atencioacuten al Cliente Pto Boyacaacute 9801 918750 REACTIVA (00 a 24 horas) 18888 20 15740 0
EMPRESA DE ENERGIacuteA DE BOYACAacute S A E S PTARIFAS DE ENERGIA ELECTRICA
APLICABLES A CONSUMOS EN EL MERCADO REGULADO DE BOYACA Y CASANARE DURANTE EL MES DE MAYO DE 2002
SECTOR RESIDENCIAL SECTOR NO RESIDENCIAL
PESOSKILOVATIO-HORA COMERCIAL E INDUSTRIAL OFICIAL Y ESPECIAL
Mayor de 0 kWh 22574 22574 0
Mayor de 0 kWh 27088 22574 20
Mayor de 0 kWh 27088 22574 20
AREAS COMUNESPESOSKILOVATIO-HORA
Vig
ilada
Sup
erin
tend
ecia
de
Serv
icio
s P
uacuteblic
os D
omic
ilari
os
(3) Para el Sector No Residencial el CU nmt es igual a la Tarifa Oficial en la Opcioacuten Tarifaria yo Franja Horaria
Caacutelculo Conforme a Resoluciones CREG 031 y 079 de 1997 116 de 2000 112 y 159 de 2001 (1) Costo Unitario de Prestacioacuten del Servicio (2) Factor de Contribucioacuten sobre el CU nmt al Fondo de Solidaridad y Redistribucioacuten de Ingresos
C UG T
P RD O Cn m t
m t m t z
n tn m m t m t
( )= +
minus+ + +
1
EVOLUCION MENSUAL DEL CPS CLIENTES REGULADOSDiciembre 2000 CUmt
NIVEL Gmt Tmtz Dnm Omt Cmt Calculado Variacioacuten
I 44919821 11366156 79556569 29462014 29900037 000
II 44919821 11366156 38888327 29462014 29900037 000
III 44919821 11366156 22444137 29462014 29900037 000
IV 44919821 11366156 9979921 29462014 29900037 000
Enero 2001 CUmt
NIVEL Gmt Tmtz Dnm Omt Cmt Calculado Variacioacuten
I 45874203 10375163 78465258 29994350 33663141 086
II 45874203 10375163 38746256 29994350 33663141 259
III 45874203 10375163 22362142 29994350 33663141 296
IV 45874203 10375163 9943461 29994350 33663141 331
Febrero 2001 CUmt
NIVEL Gmt Tmtz Dnm Omt Cmt Calculado Variacioacuten
I 47257800 11077231 79872648 29042251 34016237 244
II 47257800 11077231 39441227 29042251 34016237 406
III 47257800 11077231 22763239 29042251 34016237 438
IV 47257800 11077231 10121812 29042251 34016237 132
Marzo 2001 CUmt
NIVEL Gmt Tmtz Dnm Omt Cmt Calculado Variacioacuten
I 48986379 12061200 81293190 27188267 34660651 408
II 48986379 12061200 40142693 27188267 34660651 146
III 48986379 12061200 23168086 27188267 34660651 139
IV 48986379 12061200 10301829 27188267 34660651 133
Abril 2001 CU mt
NIVEL G mt T mtz D nm O mt C mt Calculado Variacioacuten
I 50039414 10789328 82069228 20111691 35173462 -281
II 50039414 10789328 40525902 20111691 35173462 -242
III 50039414 10789328 23389252 20111691 35173462 -307
IV 50039414 10789328 10400172 20111691 35173462 -240
Mayo 2001 CU mt
NIVEL G mt T mtz D nm O mt C mt Calculado Variacioacuten
I 51012094 11708212 83246437 16797767 35577085 -259
II 51012094 11708212 41107209 16797767 35577085 -260
III 51012094 11708212 23724750 16797767 35577085 -041
IV 51012094 11708212 10549353 16797767 35577085 -301
Junio 2001 CU mt
NIVEL G mt T mtz D nm O mt C mt Calculado Variacioacuten
I 51866974 11156097 83930402 15508129 35727023 -264
II 51866974 11156097 41444952 15508129 35727023 -289
III 51866974 11156097 23919676 15508129 35727023 -085
IV 51866974 11156097 10636028 15508129 35727023 -058
Julio 2001 CU mt
NIVEL G mt T mtz D nm O mt C mt Calculado Variacioacuten
I 52180336 11670543 83831753 21308814 35741476 048
II 52180336 11670543 41396239 21308814 35741476 114
III 52180336 11670543 23891561 21308814 35741476 382
IV 52180336 11670543 10623527 21308814 35741476 463
Agosto 2001 CU mt
NIVEL G mt T mtz D nm O mt C mt Calculado Variacioacuten
I 52683151 11389505 83785717 25743688 35780356 266
II 52683151 11389505 41373506 25743688 35780356 398
III 52683151 11389505 23878441 25743688 35780356 317IV 52683151 11389505 10617693 25743688 35780356 351
Septiembre-01 CU mtNIVEL G mt T mtz D nm O mt C mt Calculado Variacioacuten
I 53248511 870 10993397 -885 84035627 337 25961599 -451 35873533 350 302
II 53248511 107 10993397 -348 41496912 030 25961599 085 35873533 026 036
III 53248511 107 10993397 -348 23949664 030 25961599 085 35873533 026 037IV 53248511 107 10993397 -348 10649363 030 25961599 085 35873533 026 037
Octubre-01 CU mtNIVEL G mt T mtz D nm O mt C mt Calculado Variacioacuten
I 53740843 092 11488452 450 84114546 009 22905985 -1177 36006723 037 519
II 53740843 201 11488452 087 41535883 009 22905985 -1102 36006723 037 -106
III 53740843 201 11488452 087 23972156 009 22905985 -1102 36006723 037 -121IV 53740843 201 11488452 087 10659364 009 22905985 -1102 36006723 037 -136
Noviembre-01 CU mtNIVEL G mt T mtz D nm O mt C mt Calculado Variacioacuten
I 54969891 229 11371207 -102 83765987 -041 16196000 -2929 36072371 018 -259
II 54969891 229 11371207 -102 41363764 -041 16196000 -2929 36072371 018 -329
III 54969891 229 11371207 -102 23872819 -041 16196000 -2929 36072371 018 -368IV 54969891 229 11371207 -102 10615193 -041 16196000 -2929 36072371 018 -404
Diciembre-01 CU mtNIVEL G mt T mtz D nm O mt C mt Calculado Variacioacuten
I 54493122 -087 11945663 505 83667338 -012 10293558 -3644 36114531 012 -525
II 54493122 -087 11945663 505 41315051 -012 10293558 -3644 36114531 012 -669
III 54493122 -087 11945663 505 23844704 -012 10293558 -3644 36114531 012 -749IV 54493122 -087 11945663 505 10602692 -012 10293558 -3644 36114531 012 -824
EVOLUCION MENSUAL DEL CPS CLIENTES REGULADOSDiciembre-01 CU mt
NIVEL G mt T mtz D nm O mt C mt Calculado Variacioacuten
I 54493122 11945663 83667338 10293558 36114531 II 54493122 11945663 41315051 10293558 36114531 III 54493122 11945663 23844704 10293558 36114531 IV 54493122 11945663 10602692 10293558 36114531
Enero 2002 CUmt
NIVEL Gmt Tmtz Dnm Omt Cmt Calculado Variacioacuten
I 55408548 168 11428968 -433 82226014 -172 8301668 -1935 40772331 1290 081
II 55408548 168 11428968 -433 41017642 -072 8301668 -1935 40772331 1290 176
III 55408548 168 11428968 -433 23673057 -072 8301668 -1935 40772331 1290 208
IV 55408548 168 11428968 -433 10526368 -072 8301668 -1935 40772331 1290 239
Febrero 2002 CUmt
NIVEL Gmt Tmtz Dnm Omt Cmt Calculado Variacioacuten
I 56306160 162 15364140 3443 82580492 043 9419452 1346 41097439 080 356
II 56306160 162 15364140 3443 41194470 043 9419452 1346 41097439 080 421
III 56306160 162 15364140 3443 23775112 043 9419452 1346 41097439 080 464
IV 56306160 162 15364140 3443 10571747 043 9419452 1346 41097439 080 504
Marzo 2002 CUmt
NIVEL Gmt Tmtz Dnm Omt Cmt Calculado Variacioacuten
I 56372387 012 16350737 642 82831849 030 11970285 2708 41613252 210
II 56372387 012 16350737 642 41319857 030 11970285 2708 41613252 256
III 56372387 012 16350737 642 23847478 030 11970285 2708 41613252 284
IV 56372387 012 16350737 642 10603925 030 11970285 2708 41613252 310
Abril de 2002 CU mt
NIVEL G mt T mtz D nm O mt C mt Calculado Variacioacuten
I 55332060 -185 15490183 -526 83283003 054 12763344 663 41907335 071 -031
II 55332060 -185 15490183 -526 41544911 054 12763344 663 41907335 071 213
III 55332060 -185 15490183 -526 23977366 054 12763344 663 41907335 071 231
IV 55332060 -185 15490183 -526 10661681 054 12763344 663 41907335 071 765
Mayo de 2002 CU mt
NIVEL G mt T mtz D nm O mt C mt Calculado Variacioacuten
I 57854106 456 15692856 131 83598810 038 13575945 637 42289963 091 181
II 57854106 456 15692856 131 41702448 038 13575945 637 42289963 091 466
III 57854106 456 15692856 131 24068288 038 13575945 637 42289963 091 271
IV 57854106 456 15692856 131 10702110 038 13575945 637 42289963 091 1080
Junio 2002 CU mt
NIVEL G mt T mtz D nm O mt C mt Calculado Variacioacuten
I 0000000 -10000
II 0000000 -10000
III 0000000 -10000
IV 0000000 -10000
Julio 2002 CU mt
NIVEL G mt T mtz D nm O mt C mt Calculado Variacioacuten
I 0000000 -10000
II 0000000 -10000
III 0000000 -10000
IV 0000000 -10000
Agosto 2002 CU mt
NIVEL G mt T mtz D nm O mt C mt Calculado Variacioacuten
I 0000000 -10000
II 0000000 -10000
III 0000000 iexclDIV0IV 0000000 iexclDIV0
Septiembre-02 CU mtNIVEL G mt T mtz D nm O mt C mt Calculado Variacioacuten
I 0000000 -10000
II 0000000 iexclDIV0
III 0000000 iexclDIV0IV 0000000 iexclDIV0
Octubre-02 CU mtNIVEL G mt T mtz D nm O mt C mt Calculado Variacioacuten
I 0000000 -10000
II 0000000 iexclDIV0
III 0000000 iexclDIV0IV 0000000 iexclDIV0
Noviembre-02 CU mtNIVEL G mt T mtz D nm O mt C mt Calculado Variacioacuten
I 0000000 iexclDIV0
II 0000000 iexclDIV0
III 0000000 iexclDIV0IV 0000000 iexclDIV0
Diciembre-02 CU mtNIVEL G mt T mtz D nm O mt C mt Calculado Variacioacuten
I 0000000 iexclDIV0
II 0000000 iexclDIV0
III 0000000 iexclDIV0IV 0000000 iexclDIV0
Anexo 6 Corporaciones autoacutenomas regionales de Colombia
Anexo 7 Formulario para la solicitud de licencia ambiental
Anexo 1 Ubicacioacuten geograacutefica de la vereda Tibista
Anexo 5 Flujos de fondos para la alternativa escogida
- Factibilidad teacutecnica y econoacutemica para el suministro de energiacutea eleacutectrica en zona rural de Saboyaacute departamento de Boyacaacute por medio de aerogeneracioacuten a baja potencia
-
- Citacioacuten recomendada
-
- FACTIBILIDAD TECNICA Y ECONOMICA PARA EL SUMINISTRO DE ENERGIA ELECTRICA EN ZONA RURAL DE SABOYAacute DEPARTAMENTO DE BOYACA POR
-
FACTIBILIDAD TEacuteCNICA Y ECONOacuteMICA PARA EL SUMINISTRO DEENERGIacuteA ELEacuteCTRICA EN ZONA RURAL DE SABOYAacute DEPARTAMENTO DE
BOYACAacute POR MEDIO DE AEROGENERACIOacuteN A BAJA POTENCIA
HENRY ROLANDO MARTIacuteNEZ CAROJUAN CARLOS CHAPARRO MARROQUIacuteN
UNIVERSIDAD DE LA SALLE
FACULTAD DE INGENIERIacuteA ELEacuteCTRICA
BOGOTAacute DC
2002
FACTIBILIDAD TEacuteCNICA Y ECONOacuteMICA PARA EL SUMINISTRO DEENERGIacuteA ELEacuteCTRICA EN ZONA RURAL DE SABOYAacute DEPARTAMENTO DE
BOYACAacute POR MEDIO DE AEROGENERACIOacuteN A BAJA POTENCIA
HENRY ROLANDO MARTIacuteNEZ CAROJUAN CARLOS CHAPARRO MARROQUIacuteN
Monografiacutea para optar al tiacutetulo deIngenieros Electricistas
DirectorFABIO ALDANA MEacuteNDEZ
Ingeniero Mecaacutenico
UNIVERSIDAD DE LA SALLE
FACULTAD DE INGENIERIacuteA ELEacuteCTRICA
BOGOTAacute DC
2002
Nota de aceptacioacuten
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______________________________________ Director del proyecto
Ing Fabio Aldana Meacutendez
______________________________________ Jurado
Ing Ramoacuten F Antolinez
______________________________________ Jurado
Ing Jose de Jesuacutes Diacuteaz
Bogotaacute DC 8 de octubre de 2002
iii
Ni la universidad ni el director del proyecto ni el jurado calificador
son responsables de las ideas expuestas por los graduandos
iv
A Dios por la esperanza
A mis padres por su amor y apoyo
A mis hermanos por su amistad
A Angeacutelica y Alejandrolos adoro
Henry Rolando Martiacutenez Caro
A Dios por darme la paciencia y la suerte de culminar mi carrera
A mis padres por darme la vida y su apoyo incondicional
A mis hermanos por su compantildeiacutea en gran parte de mi vida
A mi novia por su amor y compantildeiacutea
A mis amigos y compantildeeros de la universidad por su amistad
Juan Carlos Chaparro Marroquiacuten
v
CONTENIDO
paacuteg
LISTA DE FIGURAS xiii
LISTA DE FOTOS xv
LISTA DE TABLAS xvi
LISTA DE ANEXOS xviii
RESUMEN xix
INTRODUCCIOacuteN xx
PREAacuteMBULO xxi
1 HISTORIA DE LA ENERGIacuteA EOacuteLICA
26
11 EL PIONERO DE LA ENERGIacuteA EOacuteLICA POUL LA COUR 26
111 Los aerogeneradores de La Cour 27
112 La revista de electricidad eoacutelica 27
12 PIONEROS DE LA ENERGIacuteA EOacuteLICA 1940-1950 28
121 Las turbinas de FL Smidth 28
13 PIONEROS DE LA ENERGIacuteA EOacuteLICA 1950 ndash 1980 29
131 Johannes Juul y el aerogenerador de Gedser 29
132 Las turbinas Nibe 31
14 AEROGENERADORES A PARTIR DE LOS 80 31
141 Disentildeos competitivos de turbinas 32
142 La maacutequina Twind 33
143 El gran torrente eoacutelico de California 34
15 INDUSTRIA EOacuteLICA ACTUAL 35
2 RECURSOS EOacuteLICOS 39
21 FUENTE DE LA ENERGIacuteA EOacuteLICA 39
211 Vientos locales vientos de montantildea 40
22 LA ENERGIacuteA EN EL VIENTO DENSIDAD DEL AIRE Y AacuteREA DE
BARRIDO DEL ROTOR 41
221 Densidad del aire 41
222 Aacuterea de barrido del rotor 42
23 LOS AEROGENERADORES DESVIacuteAN EL VIENTO 42
231 Tubo de corriente de aire 43
232 Tubo de corriente de aire ciliacutendrico 43
24 LA POTENCIA DEL VIENTO ES PROPORCIONAL AL CUBO DE LA
VELOCIDAD DEL VIENTO 44
25 MEDICIOacuteN DE LA VELOCIDAD DEL VIENTO ANEMOacuteMETROS 45
26 MEDICIONES DE LA VELOCIDAD DEL VIENTO EN LA PRAacuteCTICA 46
261 Informacioacuten empiacuterica 46
262 Anemoacutemetros totalizadores 47
263 Meacutetodo de correlacioacuten 48
27 RUGOSIDAD DEL TERRENO 49
271 Clase y longitud de rugosidad 49
28 VARIABILIDAD DE LA VELOCIDAD DEL VIENTO 51
281 Variabilidad del viento a corto plazo 51
282 Variaciones diurnas (noche y diacutea) del viento 51
29 OBSTAacuteCULOS AL VIENTO 52
291 Resguardo tras los obstaacuteculos 53
210 EFECTOS ACELERADORES 53
2101 Efecto tuacutenel 53
2102 Efecto de la colina 54
3 ASPECTOS TEOacuteRICOS 57
31 TECNOLOGIacuteA DE AEROGENERADORES 57
311 Eje 57
3111 Aerogeneradores de eje horizontal 57
3112 Aerogeneradores de eje vertical 57
312 Rotor 59
3121 Maacutequinas con rotor a barlovento 59
3122 Maacutequinas con rotor a sotavento 60
313 Nuacutemero de aspas 61
3131 Tripala 61
3132 Bipala (oscilantebasculante) 61
3133 Monopala 63
314 Generador 64
3141 Generadores de corriente continua 64
3142 Generadores de excitacioacuten o siacutencronos 65
3143 Generadores de induccioacuten o asiacutencronos 65
3144 Voltaje generado (tensioacuten) 65
3145 Sistema de refrigeracioacuten 66
3146 Opciones de disentildeo en generadores y conexioacuten a red 66
315 Sistema de transmisioacuten 66
3151 Sistema de transmisioacuten sin engranajes 67
3152 Sistema de transmisioacuten con engranajes 67
316 Torres 67
3161 Torres tubulares de acero 68
3162 Torres de celosiacutea 68
3163 Torres de maacutestil tensadas con cables de acero 69
317 Sistema eleacutectrico 70
3171 Conexioacuten a la red de las turbinas 71
32 EXTRACCIOacuteN DE POTENCIA 72
321 Potencia maacutexima uacutetil extraiacuteda al viento 74
3211 La ley de Betz 74
3212 Demostracioacuten de la ley de Betz 74
4 ANAacuteLISIS TEacuteCNICO 77
41 DETERMINACIOacuteN DEL SITIO 77
411 Saboyaacute (Boyacaacute) 77
412 Vereda Tibista 78
42 METODOLOGIacuteA GENERAL PARA LA REALIZACIOacuteN DEL
PROYECTO 78
421 Estudio del potencial eoacutelico 79
4211 Estacioacuten ldquoAlto Saboyaacuterdquo 79
4212 Anaacutelisis del reacutegimen de vientos 80
422 Modelamiento matemaacutetico para calcular la entrega de energiacutea eoacutelica 84
423 Estimacioacuten del consumo tiacutepico para vivienda rural 86
4231 Caacutelculo de la bomba eleacutectrica 87
424 Anaacutelisis para el desempentildeo del aerogenerador 89
4241 Aerogenerador de 1kW 89
4242 Aerogenerador de 15kW 91
4243 Aerogenerador de 3kW 92
425 Caacutelculo del banco de bateriacuteas 95
426 Caacutelculo del inversor 97
427 Caacutelculo del regulador 98
428 Montaje final del sistema conversor de energiacutea eoacutelica 99
43 MANUAL DE INSTALACIOacuteN OPERACIOacuteN Y MANTENIMIENTO
DEL AEROGENERADOR 102
431 Instalacioacuten 102
4311 Voltaje del sistema 102
4312 Instalacioacuten de la torre (localizacioacuten tipo y altura) 102
4313 Adquirir el tamantildeo del banco de bateriacuteas adecuado 103
4314 Seleccioacuten del lugar para instalar el banco de bateriacuteas 103
4315 Instalar el tablero de control (EZ-WIRE) y el transformador 104
4316 Instalar y conectar el disipador de carga 105
4317 Montar el interruptor de frenado 105
4318 Instalar el inversor y conectarlo al banco de bateriacuteas 106
4319 Instalar los conductores desde el extremo de la torre al transformador y
despueacutes al tablero de control 106
43110 Pruebas eleacutectricas para el aerogenerador 106
43111 Conectar los conductores y montar el aerogenerador en la torre 107
43112 Prueba del cableado del aerogenerador al tablero de control 108
43113 Instalar el timoacuten o cola 110
43114 Instalar las aspas y la nariz 111
43115 Izar la torre siguiendo las instrucciones del fabricante con el interruptor de
frenado en posicioacuten ldquoONrdquo 111
44 OPERACIOacuteN NORMAL 112
441 Controles y caracteriacutesticas del tablero de control 112
4411 Seccioacuten de control 112
4412 Seccioacuten del sistema de monitoreo 112
442 Operacioacuten del regulador automaacutetico de carga 114
4421 Luz indicador de regulacioacuten 114
4422 Posicioacuten de flotacioacuten 114
443 Iniciar el aerogenerador 115
4431 Operacioacuten de la heacutelice del aerogenerador 115
444 Encienda el inversor 115
445 Consumo de electricidad propia 115
45 MANTENIMIENTO 116
451 Mensual 116
4511 Revisar el interruptor de seguridad (para revisar el cableado eleacutectrico) 116
4512 Revisar el estado mecaacutenico observar y escuchar desde la base de la torre 117
4513 Inspeccionar la torre 117
452 Anual 118
4521 Revisar el banco de bateriacuteas 118
4522 Si es necesario realizar la carga de igualacioacuten de la bateriacutea 118
4523 Escalar la torre o bajarla y hacer una revisioacuten mecaacutenica total del
aerogenerador 119
4524 Registro de mantenimiento 119
5 ANAacuteLISIS ECONOacuteMICO 120
51 COSTOS DEL SISTEMA CONVERSOR DE ENERGIacuteA EOacuteLICA 120
511 Costos privados 121
5111 Costo de inversioacuten 121
51111 Costos de montaje 123
5112 Costos de explotacioacuten 124
52 ANAacuteLISIS FINANCIERO DEL PROYECTO 124
521 Anaacutelisis financiero para cada alternativa 126
53 VALOR DEL SERVICIO DE ENERGIacuteA ELEacuteCTRICA ACTUAL 150
54 COSTO DE LA ENERGIacuteA GENERADA CON VIENTO 151
541 Costo de capital 151
542 Costos de operacioacuten y mantenimiento 153
543 Costo de reoposicioacuten de equipos 153
6 CONSIDERACIONES AMBIENTALES 155
61 ASPECTOS POSITIVOS 155
62 BARRERAS 157
621 Impacto Visual 157
622 Ruido 157
623 Uso de terreno 158
63 PROTOCOLO DE KYOTO 158
631 Conferencias sobre la reduccioacuten de gases de efecto invernadero 159
64 MECANISMOS DE DESARROLLO LIMPIO 161
641 Gases de efecto invernadero 161
642 Emisiones de CO2 163
643 Evolucioacuten de los mecanismos de Kyoto en las negociaciones de cambio
climaacutetico 163
65 LICENCIA AMBIENTAL PARA EL PROYECTO 164
7 MARCO LEGAL Y TRIBUTARIO 165
71 INCENTIVOS INTERNACIONALES PARA LA ENERGIacuteA EOacuteLICA 165
711 Incentivos fiscales 165
712 Depreciacioacuten acelerada 165
713 Subsidios 166
714 Pagos en efectivo por kWh 166
715 Exenciones arancelarias 166
716 Renuncia del uso de derechos impuestos de propiedad de la tierra 166
72 FINANCIACIOacuteN 167
73 REGULACIONES AMBIENTALES 167
731 Emisiones normalizadas 167
732 Impuestos de emisioacuten 167
733 Raacutepida aprobacioacuten de proyectos ambientales 168
74 PROGRAMAS VOLUNTARIOS 168
741 Eliminacioacuten de subsidios para el combustible convencional 168
75 PAIacuteSES EN LOS QUE SE ESTIMULA EL USO DE ENERGIacuteA EOacuteLICA
Y TIPO DE ESTIMULO 168
76 REGULACIOacuteN DE LAS ENERGIacuteAS ALTERNATIVAS EN COLOMBIA 169
761 Ley 697 de octubre de 2001 170
762 Ley 223 de diciembre de 1995 171
763 Decreto 2532 de noviembre de 2001 172
8 CONCLUSIONES 175
9 RECOMENDACIONES 178
BIBLIOGRAFIacuteA 179
ANEXOS 182
LISTA DE FIGURAS
paacuteg
Figura 1 El aerogenerador de Gedser 30
Figura 2 Crecimiento de la energiacutea eoacutelica en el mundo 35
Figura 3 Caracterizacioacuten de los vientos en una montantildea 40
Figura 4 Representacioacuten del aacuterea barrida por un rotor 41
Figura 5 Desviacioacuten del viento producida por un aerogenerador 42
Figura 6 Corriente de aire en tubo ciliacutendrico 43
Figura 7 Graacutefica de la relacioacuten de potencia especiacutefica del viento con la velocidad
del viento 44
Figura 8 Anemoacutemetro de cazoletas 45
Figura 9 Anemoacutemetro de recorrido 48
Figura 10 Ejemplo de la variabilidad de la velocidad de viento de un sitio
determinado 51
Figura 11 Ejemplo de la variacioacuten diaria del viento de un sitio determinado 52
Figura 12 Vista lateral de la corriente de viento alrededor de un obstaacuteculo 52
Figura 13 Vista superior de la corriente de aire alrededor de un obstaacuteculo 53
Figura 14 Representacioacuten graacutefica del efecto tuacutenel 54
Figura 15a Representacioacuten graacutefica del efecto de la colina 55
Figura 15b Vista lateral del efecto de la colina 55
Figura 16 Aerogenerador de tres aspas 61
Figura 17a Aerogenerador de dos aspas 62
Figura 17b Aerogenerador de dos aspas con rotor basculante 62
Figura 18a Aerogenerador de una aspa 63
Figura 18b Disposicioacuten del contrapeso de un aerogenerador monopala 63
Figura 19 Disposicioacuten tiacutepica de elementos de un aerogenerador 64
xiii
Figura 20 Caracterizacioacuten del viento para la extraccioacuten de potencia en un
aerogenerador 72
Figura 21 Potencia maacutexima extraiacuteda del viento 76
Figura 22 Ubicacioacuten del municipio de Saboyaacute (Boyacaacute) 78
Figura 23 Velocidad anual del viento en la vereda Tibista (ms) 81
Figura 24 Velocidad mensual del viento en la vereda Tibista (ms) 82
Figura 25 Velocidad diaria del viento en la vereda Tibista (ms) 82
Figura 26 Velocidad horaria del viento en la vereda Tibista (ms) 83
Figura 27 Probabilidad de Weibull para la vereda Tibista 86
Figura 28 Curva de rendimiento de bombas centriacutefugas 88
Figura 29 Curva de potencia tiacutepica de un aerogenerador de 1kW 89
Figura 30 Curva de potencia tiacutepica de un aerogenerador de 15kW 91
Figura 31 Curva de potencia tiacutepica de un aerogenerador de 3kW 92
Figura 32 Banco de Bateriacuteas serie-paralelo 96
Figura 33 Montaje del sistema conversor de energiacutea eoacutelica 99
Figura 34 Modelo de flujo de caja 125
Figura 35 Propagacioacuten del sonido y distancia 159
Figura 36 Emisiones sectoriales de CO2 en Colombia para 1990 164
xiv
LISTA DE FOTOS
paacuteg
Foto 1 Poul la Cour y su esposa Christine 26
Foto 2 Aerogeneradores de la Cour 27
Foto 3 Turbina bipala de FL Smidth 28
Foto 4 Turbina tripala de FL Smidth 29
Foto 5 Aerogenerador de Johannes Juul 29
Foto 6 Aerogenerador de Gedser reacondicionado por la NASA 31
Foto 7 Aerogenerador de Riisager 32
Foto 8 Aerogenerador Darrieus de eje vertical 33
Foto 9 Aerogenerador Twind de 2MW 33
Foto 10 Granja eoacutelica en Palm Springs (California) 34
Foto 11 Aerogenerador NEG MICON de 15 MW 36
Foto 12 Superficie terrestre (tomada de un sateacutelite de la NASA NOAA-7
en julio de 1984) 39
Foto 13 Aacuterbol deformado a causa de la incidencia del viento 46
Foto 14 Paisaje llano correspondiente a una rugosidad de 05 50
Foto 15 Maacutequina Darrieus 58
Foto 16 Aerogenerador con rotor a barlovento 59
Foto 17 Aerogenerador con rotor a sotavento 60
Foto 18 Torres tubulares de acero 68
Foto 19 Aerogenerador con torre de celosiacutea 69
Foto 20 Aerogenerador con torre de maacutestil tensado 69
Foto 21 Inversor de 24VCD a 120VCA 97
xv
LISTA DE TABLAS
paacuteg
Tabla 1 Potencia eoacutelica en el mundo al 2002 36
Tabla 2 Potencia eoacutelica instalada en Europa (2002) 37
Tabla 3 Potencia eoacutelica instalada en Norte Ameacuterica (2002) 37
Tabla 4 Potencia eoacutelica instalada en Asia (2002) 37
Tabla 5 Potencia eoacutelica instalada en Aacutefrica (2002) 38
Tabla 6 Potencia eoacutelica instalada en Ameacuterica del Sur y Centroameacuterica (2002) 38
Tabla 7 Potencia eoacutelica instalada en Oceaniacutea (2002) 38
Tabla 8 Escala de Beaufort para la intensidad de viento 47
Tabla 9 Clase y longitud de rugosidad 50
Tabla 10 Tamantildeo tiacutepico de aerogeneradores y su velocidad de rotacioacuten 60
Tabla 11 Datos geograacuteficos de la estacioacuten metereoloacutegica 79
Tabla 12 Direccioacuten predominante y velocidad media diaria del viento en ms
para la estacioacuten ldquoALTO SABOYAacuterdquo 80
Tabla 13 Relaciones generales entre viabilidad y velocidad de viento para su uso
como fuente de energiacutea 84
Tabla 14 Consumo tiacutepico de energiacutea eleacutectrica en la zona de estudio 87
Tabla 15 Bomba Centriacutefuga 88
Tabla 16 Desempentildeo de un aerogenerador de 1kW para la vereda Tibista 90
Tabla 17 Desempentildeo de un aerogenerador de 15kW para la vereda Tibista 91
Tabla 18 Desempentildeo de un aerogenerador de 3kW para la vereda Tibista 93
Tabla 19 Aerogeneradores de 15kW 94
Tabla 20 Bateriacuteas de 220Ah 96
Tabla 21 Inversores de 24VCD a 120VCA 97
Tabla 22 Regulador de 100A 98
xvi
Tabla 23 Alternativa de inversioacuten 1 122
Tabla 24 Alternativa de inversioacuten 2 122
Tabla 25 Alternativa de inversioacuten 3 123
Tabla 26 Costos de montaje del sistema eoacutelico 123
Tabla 27 Costo final de las alternativas 124
Tabla 28 Flujo de caja proyectado para las 3 alternativas 128
Tabla 29 Flujo de caja para la alternativa 1 con cuota inicial del 30 a 24 meses 129
Tabla 30 Flujo de caja para la alternativa 1 con cuota inicial del 30 a 36 meses 130
Tabla 31 Flujo de caja para la alternativa 1 con cuota inicial del 30 a 60 meses 131
Tabla 32 Flujo de caja para la alternativa 2 con cuota inicial del 30 a 24 meses 134
Tabla 33 Flujo de caja para la alternativa 2 con cuota inicial del 30 a 36 meses 135
Tabla 34 Flujo de caja para la alternativa 2 con cuota inicial del 30 a 60 meses 136
Tabla 35 Flujo de caja para la alternativa 3 con cuota inicial del 30 a 24 meses 139
Tabla 36 Flujo de caja para la alternativa 3 con cuota inicial del 30 a 36 meses 140
Tabla 37 Flujo de caja para la alternativa 3 con cuota inicial del 30 a 60 meses 141
Tabla 38 Costo total para la alternativa escogida 144
Tabla 39 Flujo de caja proyectado para la alternativa escogida 144
Tabla 40 Flujo de caja para la alternativa escogida con cuota inicial del 30
a 24 meses 145
Tabla 41 Flujo de caja para la alternativa escogida con cuota inicial del 30
a 36 meses 146
Tabla 42 Flujo de caja para la alternativa escogida con cuota inicial del 30
a 60 meses 147
Tabla 43 Flujo del servicio de energiacutea eleacutectrica actual por 20 antildeos 150
Tabla 44 Emisiones de CO2 en el mundo 156
Tabla 45 Ejemplo de la escala de decibelios dB(A) 158
xvii
LISTA DE ANEXOS
paacuteg
Anexo 1 Ubicacioacuten geograacutefica de la vereda Tibista 182
Anexo 2 Ubicacioacuten geograacutefica de la estacioacuten metereoloacutegica ldquoALTO SABOYAacuterdquo 183
Anexo 3 Regiacutemenes de vientos de la estacioacuten ldquoALTO SABOYAacuterdquo de antildeos
anteriores a 1997 184
Anexo 4 Tarifas de energiacutea eleacutectrica para Boyacaacute y Casanare durante el mes
de mayo de 2002 185
Anexo 5 Flujos de fondos para la alternativa escogida 186
Anexo 6 Corporaciones autoacutenomas regionales de Colombia 187
Anexo 7 Formulario para la solicitud de licencia ambiental 188
xviii
RESUMEN
El objetivo de este proyecto ha sido establecer la factibilidad para la generacioacuten de energiacutea
eleacutectrica mediante un aerogenerador de baja potencia en la vereda Tibista zona rural del
municipio de Saboyaacute ubicado en el departamento de Boyacaacute En esta monografiacutea se
presenta en primer teacutermino una retrospectiva general de la utilizacioacuten de la energiacutea eoacutelica
incluyendo la tecnologiacutea empleada para el aprovechamiento de la misma tambieacuten se
presentan consideraciones teoacutericas y consideraciones a tener en cuenta en el proceso de
transformacioacuten de la potencia del viento en potencia uacutetil a ser obtenida
A partir del anaacutelisis del potencial eoacutelico para el lugar antes mencionado y de la estimacioacuten
del consumo tiacutepico de energiacutea eleacutectrica para una vivienda rural se busca el desempentildeo
oacuteptimo de un aerogenerador realizando un anaacutelisis comparativo entre varias alternativas de
aerogeneradores de diferentes potencias nominales que cumplan con la demanda de
energiacutea eleacutectrica y seleccionando asiacute el que mejor se adapte a las necesidades tanto
teacutecnicas como econoacutemicas
Igualmente el documento realiza un enfoque econoacutemico junto con consideraciones legales
y tributarias tanto internacionales como nacionales con el fin de determinar la factibilidad
del uso de las energiacuteas renovables en este caso particular la energiacutea eoacutelica
Por uacuteltimo se presentan conclusiones y recomendaciones de tipo teacutecnico y econoacutemico
como la factibilidad existente de utilizar la energiacutea eoacutelica como fuente de energiacutea eleacutectrica
para el consumo propio de una zona aislada y sus posibles costos proyectados a un mediano
plazo estas conclusiones y recomendaciones estaacuten dirigidas a viabilizar el uso de fuentes
alternativas en distintas zonas rurales del territorio nacional
xix
INTRODUCCIOacuteN
La utilizacioacuten de energiacuteas alternativas o renovables han cobrado gran importancia en el
mundo en los uacuteltimos antildeos debido a la concientizacioacuten de las personas sobre factores
ambientales y la necesidad de utilizar fuentes de energiacutea maacutes baratas y accesibles
Acontecimientos histoacutericos como la crisis del petroacuteleo de los antildeos setenta y el aumento de
los precios de los combustibles en los uacuteltimos antildeos han obligado a investigar sobre
energiacuteas alternativas y sus escenarios de sustitucioacuten de fuentes convencionales
Debido a que los precios de los combustibles foacutesiles podraacuten aumentar a mediano plazo
dada la limitacioacuten de sus reservas ha surgido una creciente importancia de las energiacuteas
renovables y en particular de la energiacutea eoacutelica Si se tuvieran en cuenta costos externos
como los ambientales la competitividad de estas fuentes renovables seriacutea mucho maacutes
evidente
Ademaacutes con objeto de promover el desarrollo energeacutetico de manera sostenible y racional
sin afectar nuestro medio ambiente e implementar la distribucioacuten a regiones aisladas se
plantea la necesidad de recurrir al uso de dichas fuentes alternativas como lo es la
aerogeneracioacuten ya que masificar el uso de combustibles foacutesiles extender las redes de
interconexioacuten eleacutectrica yo construir nuevos embalses implica costos ambientales y
econoacutemicos injustificables hoy en diacutea Los anteriores son factores que han motivado a
diferentes paiacuteses a utilizar el recurso eoacutelico como fuente de aprovechamiento energeacutetico
Colombia presenta un importante potencial para aprovechar esta tecnologiacutea
Mediante este proyecto se plantea suministrar energiacutea eleacutectrica en zona rural del municipio
de Saboyaacute por medio de un aerogenerador de baja potencia que trabaja con un reacutegimen de
vientos que logra ser el adecuado para la instalacioacuten de equipos de estas caracteriacutesticas y
que no implica alteracioacuten alguna al ecosistema natural aclarando que la aerogeneracioacuten a
baja potencia esta entre un rango de 500W a 20kW
Seleccionando asiacute correctamente el aerogenerador que cumpla eficazmente con la
generacioacuten de energiacutea eleacutectrica se podriacutean implementar para otras zonas del territorio que
no estaacuten conectadas con el sistema eleacutectrico nacional y que tambieacuten presenten condiciones
aceptables de vientos realizando una correcta aplicacioacuten funcionamiento y futuro montaje
de los aerogeneradores
Econoacutemicamente se espera que al transcurrir del tiempo exista una posible recuperacioacuten de
la inversioacuten inicial y que antes de terminar la vida uacutetil del aerogenerador se pueda
implementar yo mejorar la tecnologiacutea Sin embargo estos aspectos econoacutemicos definiraacuten
en la vereda Tibistaacute zona rural de Saboyaacute la factibilidad o rentabilidad que pueda existir
en un proyecto de generar energiacutea eleacutectrica utilizando el recurso natural del viento
En Colombia tenemos que la aerogeneracioacuten de baja potencia es una tecnologiacutea nueva para
el mercado nacional el presente trabajo analiza la factibilidad para tomar decisiones
acertadas acerca de la aplicacioacuten de la energiacutea eoacutelica en el campo de aerogeneracioacuten a baja
potencia en el lugar antes mencionado incluyendo un estudio teacutecnico y econoacutemico para
dejar una base en futuras investigaciones con todos los paraacutemetros necesarios para llevar a
cabo el montaje de este proyecto y ademaacutes que sirva de guiacutea para proacuteximas generaciones
con el fin de incentivar el uso de las energiacuteas renovables en nuestro caso el viento
xxi
PREAacuteMBULO
El constante desarrollo tecnoloacutegico de la humanidad a tenido un protagonista desde los
comienzos de la civilizacioacuten El dios Eolo El llamado dios de los vientos es aprovechado
desde las maacutes remotas eacutepocas Las primeras naves que surcaron los riacuteos lagos y mares
usaban las grandes superficies de sus velas para impulsar los diferentes tipos de naviacuteos y
puede decirse que fue su aprovechamiento un gran avance en la tecnologiacutea de la eacutepoca para
conquistar diferentes tierras en ultramar de hecho la Ameacuterica fue descubierta gracias al
aprovechamiento de la energiacutea eoacutelica Otro avance interesante se vio con el uso de los
molinos de viento para convertir la energiacutea eoacutelica en energiacutea mecaacutenica Asiacute fue posible
aprovechar la energiacutea para la molienda de cereales y para extraer el agua desde acuiacuteferos
ubicados en las entrantildeas de la tierra en los pozos profundos
A pesar de existir evidencia remota de la utilizacioacuten de una u otra forma de los sistemas de
conversioacuten de energiacutea eoacutelica para aprovechar la energiacutea del viento no se tiene una fecha
exacta de las primeras aplicaciones Se sabe que en la China se implementaron
rudimentarios molinos de viento de sencilla construccioacuten para el bombeo del agua varios
siglos AC Ademaacutes en Persia y Medio Oriente existe la evidencia de la utilizacioacuten de
molinos de viento de eje vertical los cuales estaban equipados con una vela de cantildea tejida y
fueron empleados para moler grano esto aproximadamente entre los antildeos 200 a 700 de la
era cristiana
Al pasar del tiempo la utilizacioacuten de la energiacutea eoacutelica se extendioacute por todo el mediterraacuteneo
y paulatinamente se fue introduciendo en Europa fue asiacute como se hicieron grandes mejoras
tecnoloacutegicas en especial por parte de los Holandeses A comienzos del siglo XX se hallaban
en funcionamiento alrededor de un milloacuten de maacutequinas eoacutelicas en todo el mundo para el
bombeo de agua
Posteriormente con el surgir de la maacutequina de vapor y luego el nacimiento y posterior
desarrollo del motor de combustioacuten impulsado por la segunda guerra mundial la energiacutea
eoacutelica dejoacute de ser un factor dominante en la imagen energeacutetica de los paiacuteses desarrollados
La crisis del petroacuteleo de 1973 demostroacute que los combustibles foacutesiles son un recurso
limitado ademaacutes de contaminantes por lo tanto se despierta la necesidad de desarrollar
otras formas de energiacutea con tecnologiacutea moderna Como consecuencia se ha presentado un
creciente intereacutes por la aplicacioacuten de la energiacutea eoacutelica
CLASIFICACIOacuteN Y DESCRIPCIOacuteN DE LAS MAacuteQUINAS DE ENERGIacuteA EOacuteLICA
Baacutesicamente la utilizacioacuten de estas maacutequinas de conversioacuten de energiacutea eoacutelica han sido para
la molienda de granos el bombeo de agua y la generacioacuten de energiacutea eleacutectrica
1 Molienda de granos
Los equipos utilizados para este tipo de trabajo son los molinos de viento claacutesico que se
distinguen fundamentalmente dos tipos de caja giratoria (figura a) y de techo giratorio
(figura b)
Figura a Molino de viento para la molienda de granos de caja giratoria
xxii
Figura b Molino de viento para la molienda de granos de techo giratorio con orientacioacuten
por rotor auxiliar
Se requeriacutea que el molinero estuviese en permanente vigilancia para mantener orientadas
las palas contra el viento La orientacioacuten se haciacutea primitivamente mediante bueyes o mulas
o a veces era el mismo molinero quien se ayudaba con aparejos para hacer girar el
conjunto Los maacutes modernos se orientaban por la accioacuten de dos eoacutelicas auxiliares Las palas
eran de madera generalmente recubiertas de tela Los modelos mediterraacuteneos soliacutean ser a
vela En Espantildea y Portugal existiacutea un sistema muy ingenioso de alarma para avisar al
molinero los cambio de viento Consistiacutea en caacutentaros colocados de una forma particular
sobre las aspas que cuando el viento cambiaba de direccioacuten incidiacutea con cierto aacutengulo sobre
los caacutentaros y los haciacutea sonar
Llegaron a construirse molinos de tipo caja giratoria hasta de 30kW Estas construcciones
funcionaron en Holanda durante maacutes de dos siglos su velocidad variaba de 10 a 40 rpm y
la captacioacuten maacutexima de energiacutea era de un 50
xxiii
2 Bombeo de agua
Este tipo de maacutequinas hicieron su aparicioacuten en Estados Unidos hacia 1870 desde alliacute
pasaron a Europa y al resto del mundo En la actualidad se realiza casi exclusivamente por
maacutequinas que tienen alrededor de 12 a 24 palas (multipala) siendo generalmente simples
chapas de metal curvadas Veacutease figura c
Figura c Aerobomba utilizada para la extraccioacuten de agua
Estas maacutequinas debido a su elevado par de arranque y de trabajar con vientos deacutebiles (de 2
a 35 ms aprox) son ideales para accionar bombas a pistoacuten Estas bombas a su vez
presentan muchas ventajas robustez poco desgaste por trabajar a baja velocidad bajo
precio poca necesidad de mantenimiento rendimiento bastante bueno y capacidad para
bombear desde capas profundas
Tambieacuten se han hecho experiencias de bombeo con maacutequinas de alta velocidad acopladas a
bombas centriacutefugas o a compresores de aire que bombean por emulsioacuten El rendimiento
global de estos sistemas es superior pero su costo es muy elevado
xxiv
3 Generacioacuten de energiacutea eleacutectrica
Los aerogeneradores utilizados para esta funcioacuten tiene un nuacutemero de palas menor que por
lo general va de 2 a 4 tiene la ventaja de ser a igual potencia maacutes livianas que las
maacutequinas utilizadas para el bombeo de agua debido a su menor solidez Tienen el
inconveniente de presentar un bajo par de arranque necesitan vientos de maacutes de 4 ms para
trabajar de manera estable las palas suelen fabricarse en aluminio o fibra de vidrio con
resina epoxi con lo cual se logra tener un menor peso en el aerogenerador Este proyecto se
basaraacute fundamentalmente en este tipo de maacutequinas eoacutelicas para el suministro de energiacutea
eleacutectrica en una zona rural En la figura d se puede observar un tipo de estas maacutequinas
Figura d Montaje tiacutepico de un aerogenerador para el suministro de energiacutea eleacutectrica en
una zona rural
xxv
CAPIacuteTULO 1
1 HISTORIA DE LA ENERGIacuteA EOacuteLICA
11 EL PIONERO DE LA ENERGIacuteA EOacuteLICA POUL LA COUR1
Foto 1 Poul la Cour y su esposa Christine
Poul la Cour (1846-1908) quien tuvo originalmente una formacioacuten como meteoroacutelogo
fue el pionero de las modernas turbinas eoacutelicas generadoras de electricidad Poul la Cour
fue tambieacuten uno de los pioneros de la moderna aerodinaacutemica y construyoacute su propio tuacutenel
de viento para realizar experimentos La Cour se preocupaba del almacenamiento de
energiacutea y utilizaba la electricidad de sus turbinas eoacutelicas para producir electroacutelisis y obtener
asiacute hidroacutegeno para las laacutemparas de gas de su escuela
1 Tomado httpwwwwindpowerorgespictureslacourhtm
27
111 Los aerogeneradores de La Cour
En la foto 2 se observan dos de los aerogeneradores de prueba que en 1897 Poul La Cour
teniacutea en el instituto de Askov Folk (Dinamarca) donde realizaba sus experimentos
Foto 2 Aerogeneradores de la Cour
112 La revista de electricidad eoacutelica
Poul la Cour tambieacuten publicoacute la primera revista de electricidad eoacutelica del mundo
En 1918 unas 120 empresas puacuteblicas de todo el mundo teniacutean un aerogenerador
generalmente del tamantildeo de 20 a 35kW haciendo un total de 3 megavatios de potencia
instalada
28
Sin embargo el intereacutes mundial por la energiacutea eoacutelica decayoacute en los antildeos siguientes aunque
una crisis de suministro durante la Segunda Guerra Mundial hizo que se afianzara
12 PIONEROS DE LA ENERGIacuteA EOacuteLICA 1940-19502
121 Las turbinas de FL Smidth
Foto 3 Turbina bipala de FL Smidth
Durante la segunda guerra mundial la compantildeiacutea danesa de ingenieriacutea FL Smidth (ahora
un fabricante de maquinaria para la industria cementera) construyoacute diversos
aerogeneradores bi y tripala Todas estas maacutequinas al igual que sus predecesoras generaban
CA (corriente alterna)
En la foto 4 se muestra una maacutequina de FL Smidth tripala de la isla de Bogo
(Dinamarca) fabricada en 1942 que formaba parte de un sistema eoacutelico-diesel que regiacutea el
suministro eleacutectrico de la isla En 1951 el generador de CC (corriente continua) fue
sustituido por un generador asiacutencrono de CA haciendo que esta segunda turbina generase
asiacute CA
2 CADIZ DELEITO J amp CABRERO J La energiacutea eoacutelica tecnologiacutea e historia Madrid Espantildea Ed Blume1984
29
Foto 4 Turbina tripala de FL Smidth
13 PIONEROS DE LA ENERGIacuteA EOacuteLICA 1950 ndash 19803
131 Johannes Juul y el aerogenerador de Gedser
El ingeniero Johannes Juul fue uno de los primeros alumnos de Poul la Cour en sus cursos
para electricistas eoacutelicos en 1904 En los antildeos 50 J Juul llegoacute a ser un pionero en el
desarrollo de los primeros aerogeneradores de corriente alterna en el mundo
Foto 5 Aerogenerador de Johannes Juul
3 CADIZ DELEITO J amp CABRERO J La energiacutea eoacutelica tecnologiacutea e historia Madrid Espantildea Ed Blume1984
30
El innovador aerogenerador de Gedser de 200kW fue construido en 1956-57 por J Juul
para la compantildeiacutea eleacutectrica SEAS en la costa de Gedser en la parte sur de Dinamarca
Figura 1 El aerogenerador de Gedser
La turbina tripala con rotor a barlovento con orientacioacuten electromecaacutenica y un generador
asincroacutenico fue un disentildeo pionero de los modernos aerogeneradores aunque su rotor con
cables de acero parezca actualmente algo pasado de moda La turbina disponiacutea de
regulacioacuten por peacuterdida aerodinaacutemica y J Juul inventoacute los frenos aerodinaacutemicos de
emergencia en punta de pala que se sueltan por la fuerza centriacutefuga en caso de
sobrevelocidad
Baacutesicamente el mismo sistema es hoy en diacutea utilizado en los modernos aerogeneradores de
regulacioacuten por peacuterdida aerodinaacutemica El aerogenerador que durante muchos antildeos fue el
maacutes grande del mundo fueacute increiacuteblemente duradero Funcionoacute durante 11 antildeos sin
mantenimiento
El aerogenerador de Gedser fue reacondicionado en 1975 a peticioacuten de la NASA que
queriacutea resultados de medicioacuten de la turbina para el nuevo programa estadounidense de
energiacutea eoacutelica La maacutequina funcionoacute durante pocos antildeos para las mediciones de prueba
antes de ser desmantelada La carcasa y el rotor de la turbina se exponen actualmente en el
Museo de Electricidad de Bjerringbro (Dinamarca)
31
Foto 6 Aerogenerador de Gedser reacondicionado por la NASA
132 Las turbinas Nibe
Despueacutes de la primera crisis del petroacuteleo de 1973 muchos paiacuteses iniciaron su intereacutes en la
energiacutea eoacutelica En el mundo entero las compantildeiacuteas de energiacutea eleacutectrica dirigieron
inmediatamente su atencioacuten a la construccioacuten de grandes aerogeneradores por ejemplo en
Alemania Dinamarca Suecia el Reino Unido y los EEUU En 1979 se construyeron
varios aerogeneradores de 630kW En muchos sentidos las turbinas resultaron
extremadamente costosas y en consecuencia el alto precio de la energiacutea devino un
argumento clave en contra de la energiacutea eoacutelica
14 AEROGENERADORES A PARTIR DE LOS 80
Christian Riisager un carpintero estadounidense construyoacute un pequentildeo aerogenerador de
22kW en su propio jardiacuten utilizando el disentildeo del aerogenerador de Gedser como punto de
partida Utilizoacute componentes estaacutendar que no resultaban costosos (por ej un motor eleacutectrico
como generador partes de un vehiacuteculo como multiplicador y freno mecaacutenico) donde le fue
posible
32
El aerogenerador de Riisager resultoacute ser un eacutexito en muchos casas de campo de todo el
mundo y su eacutexito proporcionoacute la inspiracioacuten para la construccioacuten a partir de los antildeos 80 de
los actuales aerogeneradores
Foto 7 Aerogenerador de Riisager
141 Disentildeos competitivos de turbinas
Algunos disentildeos incluido el de Riisager estaacuten en parte basados en la soacutelida experiencia del
aerogenerador de Gedser o en las claacutesicas rosas de los vientos multipala americanas de
lento movimiento otras eran maacutes revolucionarias incluyendo las maacutequinas Darrieus de eje
vertical (veacutease foto 8) las maacutequinas que utilizan aletas para el control de potencia o
hidraacuteulica para el sistema de transmisioacuten etc La mayoriacutea de maacutequinas eran muy pequentildeas
para los estaacutendares actuales normalmente de 5 a 11kW
33
Foto 8 Aerogenerador Darrieus de eje vertical
142 La maacutequina Twind
La maacutequina Twind de 2MW fue una maacutequina totalmente revolucionaria La maacutequina era
una maacutequina corriente abajo con un diaacutemetro de rotor de 54m girando a velocidad variable
con un generador siacutencrono y con una conexioacuten indirecta a red utilizando electroacutenica de
potencia La maacutequina todaviacutea funciona perfectamente y se encuentra en Dinamarca
Foto 9 Aerogenerador Twind de 2MW
34
Asiacute pues el temprano desarrollo de los aerogeneradores era un lejano clamor de los
programas de investigacioacuten subvencionados por el gobierno sobre grandes maacutequinas
llevados a cabo simultaacuteneamente en Alemania EEUU Suecia el Reino Unido o Canadaacute
Finalmente versiones mejoradas de la claacutesica maacutequina tripala corriente arriba del
aerogenerador de Gedser resultaron ser los ganadores comerciales de esta competicioacuten
143 El gran torrente eoacutelico de California
Foto 10 Granja eoacutelica en Palm Springs (California)
Alrededor de 1985 el mercado de energiacutea eoacutelica en Estados Unidos desaparecioacute de la
noche a la mantildeana con la desaparicioacuten de los esquemas de apoyo californianos a esta
tecnologiacutea Desde entonces soacutelo unas pocas nuevas instalaciones han sido puestas en
servicio aunque finalmente el mercado parece haberse recuperado En efecto una sola
compantildeiacutea la Sea West Energy Corporation de los Estados Unidos creada en 1981 instaloacute
en 14 antildeos entre 1981 y 1995 2610 turbinas eoacutelicas con una potencia total instalada de
392 Megavatios
35
15 INDUSTRIA EOacuteLICA ACTUAL4
Actualmente se maneja a nivel mundial grandes granjas eoacutelicas o parques eoacutelicos que son
un conjunto de aerogeneradores ubicados muy cerca entre si que conforman una central de
energiacutea eleacutectrica utilizando aerogeneradores de 20kW a 2MW de potencia nominal las
maacutequinas de 600 y 750kW continuacutean siendo el soporte de la industria aunque el mercado
de los megavatios despegoacute en los antildeos 90
Figura 2 Crecimiento de la energiacutea eoacutelica en el mundo
El prototipo de la turbina NEG Micon 15MW (veacutease foto 11) fue puesto en
funcionamiento en septiembre de 1995 El modelo original teniacutea un diaacutemetro de rotor de
60 metros y dos generadores de 750kW funcionando en paralelo La versioacuten maacutes reciente
es un modelo 1500750kW (con dos generadores de 750kW) con un diaacutemetro de rotor de
64m
4 Revista Mundo Eleacutectrico Colombiano No40 ABB vislumbra rentable oportunidad de crecimiento Paacutegs127-8 julio ndash septiembre de 2000
36
Foto 11 Aerogenerador NEG MICON de 15MW
La capacidad instalada mundial en MW de energiacutea eoacutelica a enero de 2002 por continente
y por paiacutes con que se cuenta actualmente se puede ilustrar en las siguientes tablas5
Tabla 1 Potencia eoacutelica en el mundo al 2002
CONTINENTE MW
Europa 17360
Norte Ameacuterica 4452
Asia 2241
Aacutefrica 179
Centro-Sur Ameacuterica 125
Oceaniacutea 110
TOTAL 24467
5 Tomado httpwwwwpmconzwindicathtmmercado mundial de la energiacutea eoacutelica
37
Tabla 2 Potencia eoacutelica instalada en Europa (2002)
PAIacuteS MW PAIacuteS MWAlemania 8753 Ucrania 40
Espantildea 3335 Finlandia 39Dinamarca 2417 Beacutelgica 31
Italia 697 Polonia 28Reino Unido 485 Turquiacutea 19
HolandandashP Bajos 483 Noruega 17Suecia 280 Luxemburgo 15Grecia 272 Repuacuteblica Checa 5
Portugal 127 Rusia 5Irlanda 125 Suiza 5Austria 95 Letonia 1Francia 85 Rumania 1TOTAL 17360
Tabla 3 Potencia eoacutelica instalada en Norte Ameacuterica (2002)
PAIacuteS MW
EEUU 4245Canadaacute 207TOTAL 4452
Tabla 4 Potencia eoacutelica instalada en Asia (2002)
PAIacuteS MW PAIacuteS MWIndia 1507 Israel 8China 399 Sri Lanka 3Japoacuten 300 Taiwaacuten 3Iraacuten 11 Jordania 2
Corea de Sur 8TOTAL 2241
Tabla 5 Potencia eoacutelica instalada en Aacutefrica (2002)
38
PAIacuteS MWEgipto 125
Marruecos 54TOTAL 179
Tabla 6 Potencia eoacutelica instalada en Centroameacuterica y Ameacuterica del Sur (2002)
PAIacuteS MW PAIacuteS MWCosta Rica 71 Zona Caribe 13
Brasil 20 Meacutexico 5Argentina 14 Chile 2TOTAL 125
Tabla 7 Potencia eoacutelica instalada en Oceaniacutea (2002)
PAIacuteS MWAustralia 73
Nueva Zelanda 37TOTAL 110
CAPIacuteTULO 2
2 EL RECURSO EOacuteLICO
21 FUENTE DE LA ENERGIacuteA EOacuteLICA
Todas las fuentes de energiacutea renovables (excepto la mareomotriz y la geoteacutermica) e incluso
la energiacutea de los combustibles foacutesiles provienen en uacuteltimo teacutermino del sol El sol irradia
cerca de 10 x 1013 kWh de energiacutea hacia la Tierra en otras palabras la Tierra recibe 1017 W
de potencia Esto supone una energiacutea alrededor de 50 a 100 veces superior a la convertida
en biomasa por todas las plantas de la tierra Las diferencias de temperatura conllevan la
circulacioacuten de aire
Foto 12 Superficie terrestre
(Tomada de un sateacutelite de la NASA NOAA-7 en julio de 1984)
Las regiones alrededor del ecuador a 0deg de latitud son calentadas por el sol maacutes que las
zonas del resto del globo (veacutease foto 12) Estas aacutereas calientes estaacuten indicadas en colores
caacutelidos rojo naranja y amarillo
40
El aire caliente es maacutes ligero que el aire friacuteo por lo que subiraacute hasta alcanzar una altura
aproximada de 10km y se extenderaacute hacia el norte y hacia el sur Si el globo no rotase el
aire simplemente llegariacutea al Polo Norte y al Polo Sur para posteriormente descender y
volver al ecuador6
211 Vientos locales vientos de montantildea
Figura 3 Caracterizacioacuten de los vientos en una montantildea
Las regiones montantildeosas muestran modelos de clima muy interesantes
Un ejemplo es el viento del valle que se origina en las laderas que dan al sur (oacute en las que
dan al norte en el hemisferio sur) Cuando las laderas y el aire proacuteximo a ellas estaacuten
calientes la densidad del aire disminuye y el aire asciende hasta la cima siguiendo la
superficie de la ladera Durante la noche la direccioacuten del viento se invierte convirtieacutendose
en un viento que fluye ladera abajo Si el fondo del valle estaacute inclinado el aire puede
ascender y descender por el valle este efecto es conocido como viento de cantildeoacuten
6 Tomado httpwwwaweaorg
41
22 LA ENERGIacuteA EN EL VIENTO DENSIDAD DEL AIRE Y AacuteREA DE BARRIDO
DEL ROTOR
Figura 4 Representacioacuten del aacuterea barrida por un rotor
Un aerogenerador obtiene su potencia de entrada convirtiendo la fuerza del viento en un par
(fuerza de giro) actuando sobre las aspas del rotor La cantidad de energiacutea transferida al
rotor por el viento depende de la densidad del aire del aacuterea de barrido del rotor y de la
velocidad del viento Esto se puede observar en la figura 4 donde se representa el aacuterea
barrida por un rotor
221 Densidad del aire
La energiacutea cineacutetica de un cuerpo en movimiento es proporcional a su masa (o peso) Asiacute la
energiacutea cineacutetica del viento depende de la densidad del aire es decir de su masa por unidad
de volumen En otras palabras cuanto maacutes pesado sea el aire maacutes energiacutea recibiraacute la
turbina A presioacuten atmosfeacuterica normal y a 15 degC el aire pesa unos 1225 kilogramos por
metro cuacutebico aunque la densidad disminuye ligeramente con el aumento de la humedad
Ademaacutes el aire es maacutes denso cuando hace friacuteo que cuando hace calor A grandes altitudes
(en las montantildeas) la presioacuten del aire es maacutes baja y el aire es menos denso
42
222 Aacuterea de barrido del rotor
Un aerogenerador tiacutepico de 3kW tiene un diaacutemetro del rotor de 4 metros lo que supone un
aacuterea del rotor de unos 1256 metros cuadrados El aacuterea del rotor determina cuanta energiacutea
del viento es capaz de capturar una turbina eoacutelica
Dado que el aacuterea del rotor aumenta con el cuadrado del diaacutemetro del rotor una turbina que
sea dos veces maacutes grande recibiraacute 22 = 2 x 2 = cuatro veces maacutes energiacutea
23 LOS AEROGENERADORES DESVIacuteAN EL VIENTO7
Figura 5 Desviacioacuten del viento producida por un aerogenerador
Un aerogenerador desviaraacute el viento antes incluso de que el viento llegue al plano del rotor
Esto significa que nunca se captura toda la energiacutea que hay en el viento utilizando un
aerogenerador
En la figura 5 se representa el flujo de viento que viene desde la derecha y se usa un
mecanismo para capturar parte de la energiacutea cineacutetica que posee el viento (la figura muestra
un rotor de dos aspas aunque podriacutea haberse tratado de cualquier otro mecanismo)
43
231 Tubo de corriente de aire
El rotor del aerogenerador debe obviamente frenar el viento cuando captura su energiacutea
cineacutetica y la convierte en energiacutea rotacional Esto implica que el viento se moveraacute maacutes
lentamente en la parte izquierda del rotor que en la parte derecha Dado que la cantidad de
aire que pasa a traveacutes del aacuterea barrida por el rotor desde la derecha (por segundo) debe ser
igual a la que abandona el aacuterea del rotor por la izquierda el aire ocuparaacute una mayor seccioacuten
transversal (diaacutemetro) detraacutes del plano del rotor
Este efecto puede apreciarse en la figura 5 donde se muestra un tubo imaginario el
llamado tubo de corriente alrededor del rotor del aerogenerador El tubo de corriente
muestra como el viento movieacutendose lentamente hacia la izquierda ocuparaacute un gran volumen
en la parte posterior del rotor El viento no seraacute frenado hasta su velocidad final
inmediatamente detraacutes del plano del rotor El frenado del viento se produciraacute gradualmente
en la parte posterior del rotor hasta que la velocidad llegue a ser praacutecticamente constante
232 Tubo de corriente de aire ciliacutendrico
Se puede objetar que un aerogenerador girariacutea incluso situaacutendolo dentro de un tubo
ciliacutendrico normal Por supuesto se estaraacute en lo cierto al pensar que el rotor de un
aerogenerador puede girar si se situase dentro de un enorme tubo de cristal como el de la
figura 6 pero ocurre lo siguiente
7 Tomado httpwwwwindpowerorgestourwrestubehtm
44
Figura 6 Corriente de aire en un tubo ciliacutendrico
El viento de la parte izquierda del rotor se mueve a menor velocidad que el de la parte
derecha pero al mismo tiempo se sabe que el volumen de aire que entra al tubo por la
derecha cada segundo debe ser el mismo que el volumen de aire que sale del tubo por la
izquierda Con ello se puede deducir que si el viento encuentra alguacuten obstaacuteculo dentro del
tubo (en este caso el rotor) parte del viento que llega desde la derecha debe ser desviado de
la entrada del tubo (debido a la alta presioacuten del aire en el extremo derecho del tubo)
Por tanto el tubo ciliacutendrico no es una representacioacuten muy exacta de lo que ocurre cuando el
viento encuentra un aerogenerador por lo que la imagen de la figura 5 en forma de botella
es la maacutes cercana a la realidad
24 RELACIOacuteN DE LA POTENCIA DEL VIENTO CON EL CUBO DE LA
VELOCIDAD DEL VIENTO
La velocidad del viento es el factor de mayor importancia para la cantidad de energiacutea que
un aerogenerador puede transformar en electricidad la cantidad de energiacutea que posee el
viento variacutea con el cubo (la tercera potencia) de la velocidad media del viento pej si la
velocidad del viento se duplica la cantidad de energiacutea que contenga seraacute 23 = 2 x 2 x 2 =
ocho veces mayor
45
Figura 7 Graacutefica de la relacioacuten de potencia especiacutefica del viento con la velocidad del
viento
Ahora se puede explicar porque la energiacutea que contiene el viento variacutea con la tercera
potencia de su velocidad En el caso de turbinas eoacutelicas se usa la energiacutea de frenado del
viento por lo que si se dobla la velocidad del viento se tendraacute dos veces maacutes porciones
ciliacutendricas de viento movieacutendose a traveacutes del rotor cada segundo y cada una de esas
porciones contiene cuatro veces maacutes energiacutea
25 MEDICIOacuteN DE LA VELOCIDAD DEL VIENTO ANEMOacuteMETROS
Las mediciones de las velocidades del viento se realizan normalmente usando un
anemoacutemetro de cazoletas (ver figura 8) El anemoacutemetro de cazoletas tiene un eje vertical
tres cazoletas que capturan el viento y una veleta para detectar la direccioacuten del viento el
nuacutemero de revoluciones por segundo son registradas electroacutenicamente En lugar de
cazoletas el anemoacutemetro puede estar equipado con heacutelices aunque no es lo habitual
46
Figura 8 Anemoacutemetro de Cazoletas
Otros tipos de anemoacutemetros incluyen ultrasonidos o anemoacutemetros provistos de laacuteser que
detectan el desfase del sonido o la luz coherente reflejada por las moleacuteculas de aire los hay
tambieacuten de hilo electrocalentado que detectan la velocidad del viento mediante pequentildeas
diferencias de temperatura entre los cables situados en el viento y en la sombra del viento
(cara a sotavento)
26 MEDICIONES DE LA VELOCIDAD DEL VIENTO EN LA PRAacuteCTICA8
261 Informacioacuten empiacuterica
Esta informacioacuten se recoge con base a visitas realizadas al lugar donde las condiciones de
topografiacutea de vegetacioacuten y la investigacioacuten con los habitantes de la regioacuten aportan una
informacioacuten valiosa en la identificacioacuten de los lugares con un alto nivel de velocidad de
viento como se puede ver en la foto 13 en donde se observa la deformacioacuten de un aacuterbol
causada por la incidencia permanente de viento Si ya existen aerogeneradores en el aacuterea
los resultados de produccioacuten son una excelente guiacutea de las condiciones de viento locales
Informacioacuten empiacuterica puntual puede ser deducida a partir de la escala de Beaufort (tabla
8) que indica las caracteriacutesticas de incidencia de viento en la tierra
8 PINILLA S Aacutelvaro Manual de aplicacioacuten de la energiacutea eoacutelica Bogotaacute INEA 1997 p21
47
Foto 13 Aacuterbol deformado a causa de la incidencia del viento
Tabla 8 Escala de Beaufort para la intensidad de viento9
Numero deBeaufort
Velocidad de viento(ms)
Efectos observados en tierra
0 00 ndash 02 Calma humo asciende verticalmente
1 03 ndash 15 El humo indica la direccion del viento aspas demolinos no se mueven
2 16 ndash 33 Se siente el viento en la cara se mueven las hojas delos aacuterboles aspas de molinos se empiezan a mover
3 34 ndash 54 Hojas y ramas pequentildeas se mueven constantementebanderas livianas se extienden
4 55 ndash 79 Polvo hojas y papel en el piso se levanta ramas semueven
5 80 ndash 107 Pequentildeos aacuterboles comienzan a bambolear
6 108 ndash 138 Ramas grandes de los aacuterboles en movimiento silbido
9 OLADE Prospeccioacuten Evaluacioacuten y Caracterizacioacuten de la Energiacutea Eoacutelica Ecuador 1990
48
emana de cuerdas
7 139 ndash 171 Todo aacuterbol se mueve resistencia fuerte al caminarcontra el viento
8 172 ndash 207 Ramitas y ramas de los aacuterboles se rompen caminar esdificil
9 208 ndash 244 Las ramas medianas de los aacuterboles se quiebran
10 245 ndash 283 Los aacuterboles son arrancados y dantildeadas las techumbres
11 284 ndash 325 Destrozos extensos (Borrarsca)
12 326 ndash 369 Destrozos extensos (Huracaacuten)
13 370 ndash 414 Destrozos extensos (Huracaacuten)
14 415 ndash 461 Destrozos extensos (Huracaacuten)
15 462 ndash 508 Destrozos extensos (Huracaacuten)
16 509 ndash 558 Destrozos extensos (Huracaacuten)
17 559 ndash 611 Destrozos extensos (Cicloacuten)
262 Anemoacutemetros totalizadores
El anemoacutemetro deberaacute estar localizado en un lugar donde las condiciones sean limpias con
muy pocos obstaacuteculos alrededor y a una altura de 10m a 12m sobre la superficie del
terreno
Asiacute pues al realizar la lectura el visualizador del odoacutemetro deberaacute estar localizado muy
cerca del suelo ya que las torres para la instalacioacuten de anemoacutemetros por lo general no son
lo suficientemente robustas para sostener el peso de una persona que ascienda para realizar
las lecturas(veacutease figura 9)
Con la recopilacioacuten de esta informacioacuten totalizada y con promedio de velocidad de viento
se caracteriza formalmente el reacutegimen de vientos presente en un lugar identificaacutendose con
gran certeza las variaciones tanto diurnas como mensuales
49
Figura 9 Anemoacutemetro de Recorrido
263 Meacutetodo de correlacioacuten
Este meacutetodo de estimacioacuten permite combinar mediciones realizadas en un lugar especiacutefico
con registradores de velocidad de viento de cualquier tipo con los datos publicados y
suministrados por el servicio de meteorologiacutea (en Colombia el IDEAM y Corporaciones
Regionales) en estaciones aledantildeas al lugar
Se puede realizar mediciones de viento por un periodo corto de tiempo en un lugar (por
ejemplo algunos cuantos meses) y al comparar con datos obtenidos simultaacuteneamente en
una estacioacuten metereoloacutegica cercana al lugar se pueden producir coeficientes numeacutericos de
proporcionalidad a traveacutes de comparar los valores promedios medidos (diurnos yo
mensuales) con los datos publicados por el servicio de meteorologiacutea
27 RUGOSIDAD DEL TERRENO10
A alturas de alrededor de un kiloacutemetro la superficie terrestre apenas ejerce influencia
alguna sobre el viento Sin embargo en las capas maacutes bajas de la atmoacutesfera las velocidades
10 Tomado httpwwwwindpowerorgestourwresshearhtm
50
del viento se ven afectadas por la friccioacuten con la superficie terrestre En la industria eoacutelica
se distingue entre rugosidad del terreno la influencia de los obstaacuteculos y la influencia del
contorno del terreno tambieacuten llamada orografiacutea del aacuterea
En general cuanto maacutes pronunciada sea la rugosidad del terreno mayor seraacute el frenado que
experimente el viento Obviamente los bosques y las grandes ciudades frenan mucho el
viento mientras que las pistas de hormigoacuten de los aeropuertos soacutelo lo frenan ligeramente
las superficies de agua son incluso maacutes lisas que las pistas de hormigoacuten y tendraacuten por tanto
menos influencia sobre el viento mientras que la hierba alta y los arbustos frenaraacuten el
viento de forma considerable
271 Clase y longitud de rugosidad
En la industria eoacutelica la gente suele referirse a clase de rugosidad o longitud de rugosidad
cuando se trata de evaluar las condiciones eoacutelicas de un paisaje (ver tabla 9) Una alta
rugosidad de clase 3 oacute 4 se refiere a un paisaje con muchos aacuterboles y edificios mientras que
a la superficie del mar le corresponde una rugosidad de clase 0
Las pistas de hormigoacuten de los aeropuertos pertenecen a la clase de rugosidad 05 al igual
que el paisaje abierto y llano abierto (ver foto 14) El teacutermino longitud de rugosidad es en
realidad la distancia sobre el nivel del suelo a la que teoacutericamente la velocidad del viento
deberiacutea ser nula
Tabla 9 Clase y longitud de rugosidad
Clase derugosidad
Longitudde
rugosidad(m)
Iacutendicede
energiacutea()
Tipo de paisaje
51
0 00002 100 Superficie del agua
05 00024 73Terreno completamente abierto con una superficie lisapej pistas de hormigoacuten en los aeropuertos ceacutespedcortado etc
1 003 52 Aacuterea agriacutecola abierta sin cercados ni setos y con edificiosmuy dispersos Soacutelo colinas suavemente redondeadas
15 0055 45 Terreno agriacutecola con algunas casas y setos resguardantes de8 metros de altura con una distancia aproximada de 1250m
2 01 39 Terreno agriacutecola con algunas casas y setos resguardantes de8 metros de altura con una distancia aproximada de 500m
25 02 31Terreno agriacutecola con muchas casas arbustos y plantas osetos resguardantes de 8 metros de altura con una distanciaaproximada de 250m
3 04 24Pueblos ciudades pequentildeas terreno agriacutecola con muchoso altos setos resguardantes bosques y terreno accidentado ymuy desigual
35 08 18 Ciudades maacutes grandes con edificios altos
4 16 13 Ciudades muy grandes con edificios altos y rascacielos
Foto 14 Paisaje llano correspondiente a una rugosidad de 05
28 VARIABILIDAD DE LA VELOCIDAD DEL VIENTO
281 Variabilidad del viento a corto plazo
La velocidad del viento estaacute siempre fluctuando por lo que el contenido energeacutetico del
viento variacutea continuamente La fluctuacioacuten depende tanto de las condiciones climaacuteticas
como de las condiciones de superficie locales y de los obstaacuteculos la produccioacuten de energiacutea
52
de una turbina eoacutelica variaraacute conforme variacutee el viento aunque las variaciones maacutes raacutepidas
seraacuten hasta cierto punto compensadas por la inercia del rotor del aerogenerador
Figura 10 Ejemplo de la variabilidad de la velocidad de viento de un sitio determinado
282 Variaciones diurnas (noche y diacutea) del viento
En la mayoriacutea localizaciones del planeta el viento sopla maacutes fuerte durante el diacutea que
durante la noche La figura 11 muestra en intervalos de 3 horas como variacutea la velocidad
del viento a lo largo del diacutea en una ubicacioacuten de un aerogenerador especifico
esta variacioacuten se debe a las diferencias de temperatura El viento presenta tambieacuten maacutes
turbulencias y tiende a cambiar de direccioacuten maacutes raacutepidamente durante el diacutea que durante la
noche Desde el punto de vista de los propietarios de aerogeneradores el hecho de que la
mayor parte de la energiacutea eoacutelica se produzca durante el diacutea es una ventaja ya que el
consumo de energiacutea entonces es mayor que durante la noche
53
Figura 11 Ejemplo de la variacioacuten diaria del viento de un sitio determinado
29 OBSTAacuteCULOS AL VIENTO
Los obstaacuteculos del viento tales como edificios aacuterboles formaciones rocosas etc pueden
disminuir la velocidad del viento de forma significativa y a menudo crean turbulencias en
torno a ellos
Figura 12 Vista lateral de la corriente de viento alrededor de un obstaacuteculo
Como puede verse en la figura 12 cuando las corrientes de viento fluyen alrededor de un
obstaacuteculo la zona de turbulencias puede extenderse hasta una altura alrededor de 3 veces
superior a la altura del obstaacuteculo La turbulencia es maacutes acusada detraacutes del obstaacuteculo que
delante de eacutel Asiacute pues lo mejor es evitar grandes obstaacuteculos cerca de las turbinas eoacutelicas y
en particular si se encuentran en la parte donde sopla en viento dominante es decir en
frente de la turbina
Figura 13 Vista superior de la corriente de aire alrededor de un obstaacuteculo
54
291 Resguardo tras los obstaacuteculos
Los obstaacuteculos disminuiraacuten la velocidad del viento corriente abajo del obstaacuteculo Esta
disminucioacuten depende de la porosidad del obstaacuteculo es decir de que tanta resistencia posea
el obstaacuteculo al paso del viento (la porosidad se define como el aacuterea libre dividida por el
aacuterea total del objeto de cara al viento) Obviamente un edificio es soacutelido y no tiene
porosidad mientras que un aacuterbol completamente abierto en invierno (sin hojas) puede dejar
pasar a su traveacutes maacutes de la mitad del viento Sin embargo en verano el follaje puede ser
muy denso con lo que puede hacer disminuir la porosidad hasta dejarla en una tercera
parte El efecto de frenado del viento que un obstaacuteculo produce aumenta con la altura y la
longitud del mismo obviamente el efecto seraacute maacutes pronunciado cerca del obstaacuteculo y
cerca del suelo
210 EFECTOS ACELERADORES11
2101 Efecto tuacutenel
Si se toma un camino entre dos edificios altos o en un paso estrecho entre montantildeas se
observaraacute que se da el mismo efecto el aire se comprime en la parte de los edificios o de la
montantildea que estaacute expuesta al viento y su velocidad crece considerablemente entre los
obstaacuteculos del viento
11 Tomado httpwwwwindpowerorgestourspeeduphtm
55
Figura 14 Representacioacuten graacutefica del efecto tuacutenel
Esto es lo que se conoce como efecto tuacutenel (figura 14) Asiacute pues incluso si la velocidad
normal del viento en un terreno abierto puede ser de 6 metros por segundo en un tuacutenel
natural puede faacutecilmente alcanzar los 9 metros por segundo
Situar un aerogenerador en un tuacutenel de este tipo es una forma inteligente de obtener
velocidades del viento superiores a las de las aacutereas colindantes Para obtener un buen efecto
tuacutenel el tuacutenel debe estar suavemente enclavado en el paisaje
En el caso de que las colinas sean muy accidentadas puede haber muchas turbulencias en
esa aacuterea es decir el viento soplaraacute en muchas direcciones diferentes y con cambios muy
raacutepidos Si hay muchas turbulencias la ventaja que supone la mayor velocidad del viento se
veraacute completamente anulada y los cambios en el viento pueden causar dantildeos y desgastes
innecesarios en el aerogenerador
2102 Efecto de la colina
Una forma corriente de emplazar aerogeneradores es situaacutendolos en colinas o estribaciones
dominando el paisaje circundante (figura 15a) En particular siempre supone una ventaja
tener una vista lo maacutes amplia posible en la direccioacuten del viento dominante en el aacuterea
56
Figura 15a Representacioacuten graacutefica del efecto de la colina
En las colinas siempre se aprecian velocidades de viento superiores a las de las aacutereas
circundantes Una vez maacutes esto es debido a que el viento es comprimido en la parte de la
montantildea que da al viento y una vez el aire alcanza la cima de la colina puede volver a
expandirse al descender hacia la zona de bajas presiones por la ladera a sotavento de la
colina
Figura 15b Vista lateral del efecto de la colina
Como se observa en la figura 15b el viento empieza a inclinarse alguacuten tiempo antes de
alcanzar la colina debido a que en realidad la zona de altas presiones se extiende hasta una
distancia considerable enfrente de la colina Tambieacuten el viento se hace muy irregular una
vez pasa a traveacutes del rotor del aerogenerador
57
Al igual que en el efecto tuacutenel si la colina es escarpada o tiene una superficie accidentada
puede haber una cantidad de turbulencias significativa que puede anular la ventaja que
supone tener unas velocidades de viento mayores
CAPIacuteTULO 3
3 ASPECTOS TEOacuteRICOS
31 TECNOLOGIacuteA DE AEROGENERADORES12
311 Eje
3111 Aerogeneradores de eje horizontal
La mayor parte de la tecnologiacutea de aerogeneradores utilizada en la energiacutea eoacutelica son de eje
horizontal o HAWTs (horizontal axis wind turbines) La finalidad del rotor es la de
convertir el movimiento lineal del viento en energiacutea rotacional que pueda ser utilizada para
hacer funcionar el generador El mismo principio baacutesico es el que se utiliza en las modernas
turbinas hidraacuteulicas en las que la corriente de agua es paralela al eje de rotacioacuten de los
alabes de la turbina
3112 Aerogeneradores de eje vertical
Los aerogeneradores de eje vertical o VAWTs son como las norias (maacutequinas para sacar
agua compuesta de un engranaje y un tambor que lleva colgada una serie vasijas) asiacute
algunos tipos de turbinas de eje vertical realmente tambieacuten podriacutean trabajar con un eje
horizontal aunque apenas seriacutean capaces de mejorar la eficiencia de una turbina de tipo
heacutelice La uacutenica turbina de eje vertical que ha sido comercialmente fabricada para diversas
capacidades es la maacutequina Darrieus que debe su nombre al ingeniero franceacutes Georges
Darrieus quien patentoacute el disentildeo en 1931
12 MANATTINI Martiacuten Sistema conversor de energiacutea eoacutelica a 10kW Buenos Aires 2000 Trabajo de grado(Ingeniero Mecaacutenico) Universidad del Rosario Facultad de Ingenieriacutea Mecaacutenica
58
La maacutequina Darrieus se caracteriza por sus palas en forma de C que le hacen asemejarse a
un batidor de huevos Normalmente se construye con dos o tres palas(ver foto 15)
Foto 15 Maacutequina Darrieus
Las principales ventajas teoacutericas de una maacutequina de eje vertical son
1 Puede situar el generador el multiplicador etc en el suelo y puede no tener que
necesitar una torre para la maacutequina
2 No necesita un mecanismo de orientacioacuten para girar el rotor en contra del viento
Las principales desventajas son
1 A pesar que se puede evitar la torre las velocidades de viento seraacuten maacutes bajas en la
parte inferior (sitio del montaje del rotor)
2 La eficiencia promedio de las maacutequinas de eje vertical no es tan alta
3 La maacutequina no es de arranque automaacutetico es decir una maacutequina Darrieus
necesitaraacute un empuje antes de arrancar Sin embargo se puede utilizar el
generador como motor absorbiendo corriente de red para arrancar la maacutequina
4 La maacutequina puede necesitar cables tensores que la sujeten aunque esta solucioacuten no
es practicable en aacutereas muy cultivadas
5 Para sustituir el cojinete principal del rotor se necesita desmontar el rotor (esto es
aplicable tanto en las maacutequinas de eje horizontal como en las de eje vertical) En el
caso de las maacutequinas verticales esto implica que todo el sistema deberaacute ser
desmontado
59
312 Rotor
El rotor de una turbina eoacutelica es la parte esencial para conversioacuten de energiacutea cineacutetica del
aire en energiacutea mecaacutenica rotacional uacutetil en el eje se compone de las aspas y el cubo
(elemento de sujecioacuten de las aspas y conexioacuten del eje del equipo)
3121 Maacutequinas con rotor a barlovento
Las maacutequinas con rotor a barlovento tienen el rotor de cara al viento la gran mayoriacutea de los
aerogeneradores tienen este disentildeo La principal ventaja de los disentildeos corriente arriba es
que se evita el abrigo del viento tras la torre Por otro lado tambieacuten hay algo de abrigo
enfrente de la torre es decir el viento empieza a desviarse de la torre antes de alcanzarla
incluso si la torre es redonda y lisa
Foto 16 Aerogenerador con rotor a barlovento
El principal inconveniente de los disentildeos corriente arriba es que el rotor necesita ser
bastante inflexible y estar situado a una cierta distancia de la torre Ademaacutes una maacutequina
corriente arriba necesita un mecanismo de orientacioacuten para mantener el rotor de cara al
viento
60
3122 Maacutequinas con rotor a sotavento
Foto 17 Aerogenerador con rotor a sotavento
Las maacutequinas con rotor a sotavento tienen el rotor situado en la cara a sotavento de la torre
La ventaja teoacuterica que tienen es que pueden ser construidos sin un mecanismo de
orientacioacuten ya que el rotor y la carcasa tienen un disentildeo apropiado que hace que la carcasa
siga al viento pasivamente
La siguiente tabla relaciona el tamantildeo la potencia nominal del equipo y la velocidad tiacutepica
de rotacioacuten del rotor para una velocidad de viento nominal de 12ms
Tabla 10 Tamantildeo tiacutepico de aerogeneradores y su velocidad de rotacioacuten
Diaacutemetro del
rotor (m)
Potencia nominal a 12
ms del viento
Velocidad de rotacioacuten
tiacutepica (rpm)
10 100W 1000
25 1kW 500
70 8kW 200
175 50kW 80
250 100kW 50
400 260kW 35
Estos valores estaacuten sujetos a variaciones dependiendo de las caracteriacutesticasdel lugar de instalacioacuten del aerogenerador
61
313 Nuacutemero de aspas13
3131 Tripala
La mayoriacutea de aerogeneradores modernos tienen disentildeos tripala con el rotor a barlovento
en la cara de la torre que da al viento usando motores eleacutectricos en sus mecanismos de
orientacioacuten A este disentildeo se le suele llamar el claacutesico concepto daneacutes y tiende a
imponerse como estaacutendar al resto de conceptos evaluados La gran mayoriacutea de las turbinas
vendidas en los mercados mundiales poseen este disentildeo El concepto baacutesico fue introducido
por primera vez por el ceacutelebre aerogenerador de Gedser Otra de las caracteriacutesticas es el uso
de un generador asiacutencrono
Figura 16 Aerogenerador de tres aspas
3132 Bipala (oscilantebasculante)
Los disentildeos bipala de aerogeneradores tienen la ventaja de ahorrar el costo de una aspa y
por su puesto su peso Sin embargo suelen tener dificultades para penetrar en el mercado
en parte porque necesitan una mayor velocidad de giro para producir la misma energiacutea de
salida Esto supone una desventaja tanto en lo que respecta al ruido como al aspecto visual
Aproximadamente desde principios de los antildeos 90 varios fabricantes tradicionales de
maacutequinas bipala han optado por cambiar a disentildeos tripala
13 Tomado httpwwwwindpowerorgestourdesignconceptshtm
62
Figura 17a Aerogenerador de dos aspas
Las maacutequinas bi y monopala requieren de un disentildeo maacutes complejo con un rotor basculante
(buje oscilante) como el que se muestra en la figura 17b es decir el rotor tiene que ser
capaz de inclinarse con el fin de evitar fuertes sacudidas en la turbina cada vez que una de
las aspas pase por la torre Asiacute pues el rotor estaacute montado en el extremo de un eje
perpendicular al eje principal y que gira junto con el eje principal Esta disposicioacuten puede
necesitar de amortiguadores adicionales que eviten que las aspas del rotor choquen contra
la torre
Figura 17b Aerogenerador de dos aspas con rotor basculante
63
3133 Monopala
Los aerogeneradores monopala existen y ahorran el costo de otra aspa sin embargo los
aerogeneradores monopala no estaacuten muy extendidos comercialmente pues los
inconvenientes de los bipala tambieacuten son aplicables e incluso en mayor medida a las
maacutequinas monopala
Figura 18a Aerogenerador de una aspa
Ademaacutes de una mayor velocidad de giro y de los problemas de ruido y de intrusioacuten visual
necesitan un contrapeso en el lado del buje opuesto a la aspa que equilibre el rotor (veacutease
figura 18b) Obviamente esto anula el ahorro de peso comparado con un disentildeo bipala
Figura 18b Disposicioacuten del contrapeso de un aerogenerador monopala
64
314 Generador
Figura 19 Disposicioacuten tiacutepica de elementos de un aerogenerador
El aerogenerador convierte la energiacutea mecaacutenica en energiacutea eleacutectrica Los aerogeneradores
son algo inusuales si se les compara con los otros equipos generadores que suelen
encontrarse conectados a la red eleacutectrica
Una de las razones es que el generador debe trabajar con una fuente de potencia el rotor de
la turbina eoacutelica que suministra una potencia mecaacutenica muy variable (momento torsor)
3141 Generadores de corriente continua
El dinamo es una maquina eleacutectrica sencilla que se viene utilizando desde hace mucho
tiempo y que no presenta demasiadas complicaciones Su mayor inconveniente tal vez es
que utiliza escobillas en el colector lo que exige un mantenimiento superior al de los
alternadores
En los dinamos el inducido es el rotor la corriente generada en las bobinas inducidas es
alterna pero la salida se obtiene mediante dos semianillos en un giro por dos escobillas
colectoras que con el tiempo se desgastan Las bobinas inductoras se encuentran en el
estator y son alimentadas en serie o en paralelo por la corriente generada por la propia
maquina El arranque se realiza utilizando el magnetismo remanente en los polos inducidos
65
3142 Generadores de excitacioacuten o sincronos
Los generadores sincronos son alternadores claacutesicos que reciben la corriente de excitacioacuten
en forma de corriente continua bien sea desde una fuente exterior o desde otro alternador
auxiliar con rectificador incorporado Estos alternadores presentan ventajas sobre los
dinamos debido a que proporcionan mayor potencia con el mismo peso y a que trabajan a
un margen de revoluciones maacutes amplio Otra ventaja importante es que reciben la corriente
inductora en el motor a traveacutes de dos anillos completos por los que se deslizan las
escobillas y por los que pasan solo bajas intensidades resultando maacutes robustos que los
dinamos y con menos requisitos de mantenimiento Finalmente los alternadores sincronos
funcionan siempre de forma muy regular y pueden trabajar tanto en paralelo con la red
como alimentando sistemas eoacutelicos autoacutenomos
3143 Generadores de induccioacuten o asiacutencronos
Los generadores de induccioacuten reciben la corriente de excitacioacuten de una fuente exterior que
puede ser la red o alguacuten generador auxiliar pero en cualquier caso se trata de una corriente
alterna que crea un campo magneacutetico alterno de la misma frecuencia en el inductor
Los sistemas de control de los generadores de induccioacuten tienen la ventaja de que utilizan u
rotor jaula de ardilla el cual no necesita ni anillos ni escobillas Sin embargo el hecho de
depender de la red limita su aplicacioacuten y hay que prever los efectos de posibles fallos en la
alimentacioacuten o sobretensiones que ocurren con relativa frecuencia en las redes rurales
3144 Voltaje generado (tensioacuten)
Los generadores anteriormente mencionados pueden producir corriente alterna o corriente
directa Los equipos eoacutelicos de generacioacuten producen electricidad a una variedad de voltajes
desde 12 a 24VDC para carga de bateriacuteas o desde 120 a 240VCA para interconexioacuten con
la red eleacutectrica aunque se pueden conseguir otros voltajes seguacuten necesidad
En grandes aerogeneradores (alrededor de 100-150kW) el voltaje generado por la turbina
suele ser de 690V de corriente alterna trifaacutesica CA Posteriormente la corriente es enviada
a traveacutes de un transformador anexo a la turbina (o dentro de la torre) para aumentar su
voltaje entre 10000 y 30000V dependiendo del estaacutendar de la red eleacutectrica local
66
3145 Sistema de refrigeracioacuten
Todos los tipos de generadores necesitan refrigeracioacuten durante su funcionamiento En la
mayoriacutea de turbinas la refrigeracioacuten se lleva a cabo mediante encapsulamiento del
generador en un conducto utilizando un gran ventilador para la refrigeracioacuten por aire
aunque algunos fabricantes usan generadores refrigerados por agua Los generadores
refrigerados por agua pueden ser construidos de forma maacutes compacta lo que tambieacuten les
proporciona algunas ventajas en cuanto a rendimiento eleacutectrico se refiere aunque precisan
de un radiador en la carcasa para eliminar el calor del sistema de refrigeracioacuten por liacutequido
3146 Opciones de disentildeo en generadores y conexioacuten a red
Las turbinas eleacutectricas pueden ser disentildeadas tanto con generadores siacutencronos como
asiacutencronos y con varias formas de conexioacuten directa o conexioacuten indirecta a red del
generador
La conexioacuten directa a red significa que el generador estaacute conectado directamente a la red
de corriente alterna (generalmente trifaacutesica) La conexioacuten indirecta a red significa que la
corriente que viene de la turbina pasa a traveacutes de una serie de dispositivos eleacutectricos que
ajustan la corriente para igualarla a la de la red En generadores asiacutencronos esto ocurre de
forma automaacutetica
315 Sistema de transmisioacuten14
Este sistema convierte la energiacutea rotacional suministrada por la turbina a traveacutes de su eje
en movimiento para alimentacioacuten del generador eleacutectrico En sistemas pequentildeos (menos de
10kW de potencia eleacutectrica nominal) se utiliza comuacutenmente generadores de imanes
permanentes especialmente disentildeados para ser aclopados a turbinas eoacutelicas y por tanto no
se utiliza una caja de aumento de velocidad de rotacioacuten realizaacutendose una conexioacuten directa
entre el rotor y el generador teniendo en cuenta que la turbina eoacutelica gira entre 30 y 100
rpm dependiendo su diaacutemetro
14 PINILLA S Aacutelvaro Manual de aplicacioacuten de la energiacutea eoacutelica Bogotaacute DC INEA 1997 p43
67
3151 Sistema de transmisioacuten sin engranajes
Se usan generadores multipolos de baja velocidad de grandes dimensiones que implica
cierta desventaja en el transporte especialmente en la magnitud de los MW de otro lado el
nuacutemero de partes de maquinaria se reduce considerablemente (caja de engranajes
elementos de acople pocos elementos rotacionales) ademaacutes el disentildeo de la carcasa se
simplifica se usa en combinacioacuten de un control por peacuterdidas aerodinaacutemicas y un sistema de
orientacioacuten eleacutectrico de la turbina se evita asiacute mismo cualquier lubricacioacuten esta es una
ventaja de mantenimiento y operacioacuten Los costos son mayores con respecto a la
transmisioacuten con engranajes Su aplicacioacuten es muy limitada debido a la dificultad en el
transporte como consecuencia de su gran tamantildeo y tambieacuten por su alto costo
3152 Sistema de transmisioacuten con engranajes
Es la forma tradicional de disentildear una turbina esta es la unioacuten entre el rotor y el generador
por medio de una transmisioacuten de engranajes y acoples Su costo es menor presenta una
carcasa maacutes compacta lo cual es posible con la integracioacuten de muchos componentes dentro
de la caja de engranajes correctamente disentildeado es capaz de tener una vida uacutetil de 20 antildeos
aproximadamente y el cambio de aceite lubricante puede ser hecho pocas veces La gran
mayoriacutea de fabricantes de aerogeneradores en todo el mundo utiliza este sistema ya que su
tamantildeo se reduce considerablemente asiacute como su costo
316 Torres
La torre del aerogenerador soporta la carcasa y el rotor En los grandes aerogeneradores las
torres tubulares pueden ser de acero de celosiacutea o de hormigoacuten
Las torres tubulares tensadas con cables de acero solo se utilizan en aerogeneradores de
baja potencia (cargadores de bateriacuteas etc)
68
3161 Torres tubulares de acero
La mayoriacutea de los grandes aerogeneradores actualmente se instalan con torres tubulares de
acero como las de la foto 18 fabricadas en secciones de 20-30metros con bridas en cada
uno de los extremos y son unidas con pernos Las torres son tronco-coacutenicas es decir con
un diaacutemetro creciente hacia la base con el fin de aumentar su resistencia y al mismo tiempo
ahorrar material
Foto 18 Torres tubulares de acero
3162 Torres de celosiacutea
Las torres de celosiacutea son fabricadas utilizando perfiles de acero soldados La ventaja baacutesica
de las torres de celosiacutea es su costo puesto que una torre de celosiacutea requiere soacutelo la mitad de
material que una torre tubular sin sustentacioacuten adicional con la misma rigidez La principal
desventaja de este tipo de torres es su apariencia visual En cualquier caso por razones
esteacuteticas las torres de celosiacutea han desaparecido praacutecticamente en los grandes
aerogeneradores modernos
69
Foto 19 Aerogenerador con torre de celosiacutea
3163 Torres de maacutestil tensadas con cables de acero
Muchos de los aerogeneradores pequentildeos estaacuten construidos con delgadas torres de maacutestil
sostenidas por cables tensores La ventaja es el ahorro de peso y por lo tanto de costo La
desventaja es el difiacutecil acceso a las zonas alrededor de la torre
Finalmente este tipo de torres es maacutes propensa a sufrir actos vandaacutelicos lo que
compromete la seguridad del conjunto
Foto 20 Aerogenerador con torre de maacutestil tensado
70
317 Sistema eleacutectrico15
La conversioacuten de energiacutea de muchas turbinas modernas puede ser dividida en 3 conceptos
principales maacutequinas con velocidad constante maacutequinas con 1 o 2 velocidades y maacutequinas
de velocidad variable Los 3 principales componentes para conversioacuten de energiacutea en
turbinas eoacutelicas son rotor caja de engranajes y generador
En las maacutequinas de velocidad constante el generador es directamente conectado a la red
principal (esta red es la del sistema de transmisioacuten) La frecuencia de la red determina la
velocidad rotacional del generador y asiacute la del rotor
La baja velocidad rotacional del rotor de la turbina (Vrotor) es trasladada a la velocidad
rotacional del generador con la relacioacuten de transmisioacuten (r) de la caja de engranajes La
velocidad de generador depende del nuacutemero de polos (p) y la frecuencia de la red (Fred)
rVV generadorrotor ==== pFV redgenerador ==== prFV redrotor ====
Las ventajas maacutes grandes de las turbinas eoacutelicas con generadores asiacutencronos son
1 La simple y econoacutemica construccioacuten
2 No existen mecanismos de sincronizacioacuten
Como desventajas se tiene
1 Las altas corrientes de arranque
2 Su demanda por potencia reactiva
En maacutequinas de velocidad variable el generador es conectado a la red por un sistema
inversor electroacutenico o el embobinado de excitacioacuten del generador es movido por una
frecuencia externa de un inversor
15 URIBE C Juan P Estudio sobre la viabilidad teacutecnica y econoacutemica del uso de sistemas hiacutebridos para lageneracioacuten de energiacutea eleacutectrica Bogotaacute DC 1996 Trabajo de grado (Ingeniero Eleacutectrico) Universidad delos Andes Facultad de Ingenieriacutea Eleacutectrica
71
En el primer caso se habla de sistemas generadores con corriente directa asociada al
inversor y en el segundo caso se habla de sistemas del generador asincroacutenico doble
La idea baacutesica de la turbina de velocidad variable es la posibilidad de separacioacuten de la
velocidad rotacional del generador y asiacute del rotor de la frecuencia de la red El rotor puede
operar con velocidad variable ajustado a la velocidad del viento actual de la situacioacuten
Las principales ventajas son
1 Reduccioacuten de la potencia
2 Reduccioacuten de las fluctuaciones de carga mecaacutenicas cambiando la energiacutea eoacutelica en
energiacutea rotacional del rotor de la turbina
3 Mejor ajuste de la velocidad del rotor para operar con un coeficiente de potencia
maacuteximo
3171 Conexioacuten a la red de las turbinas
La conexioacuten de las turbinas a los sistemas suplementarios es posible a
1 Sistemas de bajo voltaje para turbinas pequentildeas a medianas hasta 300kW
2 Sistemas de voltaje medio para turbinas medianas a grandes y pequentildeas a medianas
granjas eoacutelicas hasta 10 a 15MW
3 Sistemas de voltaje alto grandes granjas eoacutelicas
Muchas de las turbinas son conectadas al sistema de voltaje medio debido a las altas
peacuterdidas en los voltajes de liacutenea bajos
Cada una de la turbinas en las granjas eoacutelicas tienen un propio transformador del nivel de
voltaje medio Para granjas eoacutelicas grandes se requiere una subestacioacuten separada por la
transformacioacuten del sistema de voltaje medio al sistema de voltaje alto requerido
72
32 EXTRACCIOacuteN DE POTENCIA16
Los aerogeneradores usan la energiacutea eoacutelica del flujo de viento Sus rotores reducen la
velocidad del viento V1 a una velocidad V2 detraacutes del rotor (ver figura 20)
Figura 20 Caracterizacioacuten del viento para la extraccioacuten de potencia en un aerogenerador
Para evaluar la energiacutea contenida por el viento se deben hacer las siguientes
consideraciones
El viento en el momento de pasar a traveacutes del rotor del aerogenerador lleva una energiacutea
que es igual a
]Julios[vm50E2
VVv ==== (1)
Donde
Ev Energiacutea cineacutetica [J]
vV Velocidad del viento [ms]
mV Masa del viento [kg]
16 RESTREPO V Aacutelvaro H Aerogeneracioacuten experimental de baja potencia Bogotaacute DC 1998 Trabajo demagiacutester (Ingeniero Mecaacutenico) Universidad de los Andes Facultad de Ingenieriacutea Mecaacutenica
73
Como el viento que pasa a traveacutes del rotor no se acumula la cantidad de masa de viento
por unidad de tiempo que esta antes del rotor es la misma despueacutes de haber pasado por el
Es decir
]skg[vAm vrvv ρρρρ==== (2)
Donde
mv Flujo maacutesico del viento [kgs]
ρρρρv Densidad del viento [kgm3] (aprox 12kgm3)
Ar Aacuterea barrida por el rotor [m2]
vv Velocidad del viento [ms]
La potencia que tiene el viento dividiendo por la unidad de tiempo la ecuacioacuten (1) es
]vatios[vm50P 2vvv ==== (3)
Si se reemplaza la ecuacioacuten (2) en la ecuacioacuten (3) se obtiene la potencia eoacutelica medida en
vatios la cual es directamente proporcional al cubo de su velocidad
]vatios[vA50P 3vrvv ρρρρ==== (4)
En donde
Pv Potencia del viento en vatios [W]
Sin embargo no toda la potencia del viento puede ser convertida a energiacutea mecaacutenica del
rotor si toda la potencia se aprovechara la velocidad del viento detraacutes del rotor seria igual
a cero Como esto no sucede existe un liacutemite para la extraccioacuten de dicha potencia
denominado el liacutemite de Betz
74
321 Potencia maacutexima uacutetil extraiacuteda al viento
El porcentaje maacuteximo teoacuterico que se puede obtener de la potencia del viento teniendo en
cuenta el liacutemite de Betz es entonces
]vatios)[vA50(5930P 3vrvUV ρρρρ==== (5)
Donde
PUV Potencia maacutexima uacutetil extraiacuteda del viento [W]
0593 Liacutemite de Betz (Coeficiente de desarrollo)
El coeficiente de desarrollo [Cp] en condiciones ideales es 1627 = 0593 el cual se va
explicar seguidamente de acuerdo con la ley de Betz
3211 La ley de Betz
La ley de Betz fue formulada por primera vez por el fiacutesico alemaacuten Albert Betz en 1919 y
dice que ldquosoacutelo puede convertirse menos de 1627 (el 59) de la energiacutea cineacutetica en
energiacutea mecaacutenica usando un aerogeneradorrdquo
3212 Demostracioacuten de la ley de Betz17
Se considera cosa bastante razonable que la velocidad promedio del viento a traveacutes del
aacuterea del rotor es el promedio de la velocidad del viento sin perturbar antes de la turbina
eoacutelica v1 y la velocidad del viento despueacutes de su paso por el plano del rotor v2 (veacutease
figura 20) esto es
(((( )))) 22v1v ++++ (6)
La masa de la corriente de aire a traveacutes del rotor durante un segundo es
2)2v1v(Am rv ++++==== ρρρρ (7)
75
Donde
m Masa por segundo
ρρρρv Densidad del aire
Ar Aacuterea barrida por el rotor
[(v1+v2)2] Velocidad del viento promedio a traveacutes del aacuterea del rotor
La potencia del viento extraiacuteda por el rotor es igual a la masa por la diferencia de los
cuadrados de la velocidad del viento (de acuerdo con la segunda ley de Newton)
)2v1v(m)21(P 22 minusminusminusminus==== (8)
Sustituyendo en esta expresioacuten la m de la ecuacioacuten (9) se obtiene la siguiente expresioacuten
para la potencia extraiacuteda del viento
r22 A)2v1v()2v1v()4(P ++++minusminusminusminus==== ρρρρ (9)
Ahora este resultado se compara con la potencia total de una corriente de viento no
perturbada a traveacutes de exactamente la misma aacuterea sin ninguacuten rotor que bloquee el viento
Llamando a esta potencia P0
r3 A1v)2(Po ρρρρ==== (10)
La relacioacuten entre la potencia que extraemos del viento y la potencia del viento sin perturbar
es
))1v2v(1()1v2v(1()21()PoP( 2 ++++minusminusminusminus==== (11)
17 Tomado http wwwwindpowerorgesstatbetzprohtm
76
Asiacute se puede dibujar PP0 en funcioacuten de v2v1
Figura 21 Potencia maacutexima extraiacuteda del viento
Se puede ver que la funcioacuten alcanza su maacuteximo para v2v1 = 13 (0333) y que el valor
maacuteximo de la potencia extraiacuteda del viento es de 059 veces oacute 1627 de la potencia total del
viento
CAPIacuteTULO 4
4 ANAacuteLISIS TEacuteCNICO
41 DETERMINACIOacuteN DEL SITIO
Para desarrollar la presente aplicacioacuten teacutecnica de la energiacutea eoacutelica fue seleccionado como
sitio la vereda Tibista zona rural de Saboyaacute municipio del departamento de Boyacaacute El
sitio fue seleccionado gracias a las caracteriacutesticas topograacuteficas de esta zona debido a que la
vegetacioacuten es fundamentalmente hierba con pocos aacuterboles pequentildeos (ya que este es un
factor muy importante que se tuvo en cuenta) Este lugar esta a una altura de 2800 msnm
411 Saboyaacute (Boyacaacute)
Su cabecera estaacute localizada a los 5deg42rsquo03rdquo de latitud norte y 73deg46rsquo08rdquo de longitud oeste
con una temperatura media de 14degC a 2600msnm localizado a una distancia de 85km de
Tunja El aacuterea municipal es de 251km2 y limita por el norte con el departamento de
Santander por el este con los municipios de Santa Sofiacutea y Sutamarchan por el sur con
Chiquinquiraacute y por el oeste con Bricentildeo y Chiquinquiraacute Su territorio es montantildeoso y
corresponde a la cordillera oriental su principal afluente es el riacuteo Suaacuterez
Seguacuten censo de 1993 la poblacioacuten de la cabecera municipal era de 671 habitantes y el
sector rural teniacutea 12177 habitantes las actividades econoacutemicas de mayor importancia son
la agricultura (maiacutez papa plaacutetano y cafeacute) la ganaderiacutea y el comercio
78
Figura 22 Ubicacioacuten del municipio de Saboyaacute (Boyacaacute)
412 Vereda Tibista
Esta vereda se encuentra localizada a 2800 msnm a una distancia de 5km de la cabecera
municipal de Saboyaacute seguacuten censo realizado por la subdireccioacuten de geografiacutea del Instituto
Geograacutefico Agustiacuten Codazzi en su esquema de ordenamiento territorial municipal 2001 ndash
2009 para Saboyaacute la poblacioacuten para esta vereda era de 1600 habitantes su vegetacioacuten
predominante es el curubo el maiacutez y pasto para ganaderiacutea Para la ubicacioacuten geograacutefica de
esta vereda ver anexo 1
42 METODOLOGIacuteA GENERAL PARA LA REALIZACIOacuteN DEL PROYECTO
La metodologiacutea que se describe a continuacioacuten seraacute la utilizada para realizar una apropiada
evaluacioacuten del recurso eoacutelico en la vereda Tibista y posterior anaacutelisis de ingenieriacutea para el
montaje del sistema conversor de energiacutea eoacutelica
1 Estudio del potencial eoacutelico para la zona haciendo un anaacutelisis del reacutegimen de vientos
2 Modelamiento matemaacutetico para calcular la entrega de energiacutea eoacutelica
79
3 Estimacioacuten del consumo de energiacutea eleacutectrica para una vivienda rural incluyendo la
bomba centriacutefuga para el suministro de agua y equipos utilizados en el aacuterea agriacutecola
4 Anaacutelisis para el desempentildeo del aerogenerador
5 Caacutelculo del banco de bateriacuteas
6 Caacutelculo del inversor
7 Caacutelculo del regulador
8 Montaje final del sistema conversor de energiacutea eoacutelica
421 Estudio del potencial eoacutelico
Se contoacute con datos confiables de medicioacuten de velocidad de viento tomados a 10m de altura
con respecto a la superficie suministrados por la CAR (Corporacioacuten Autoacutenoma Regional
de Cundinamarca) gracias a una estacioacuten metereoloacutegica que esta entidad teniacutea ubicada en
la vereda Tibista zona rural de Saboyaacute llamada ldquoALTO SABOYAacuterdquo Con la informacioacuten
recopilada se obtiene un promedio del reacutegimen de vientos anual mensual diario y horario
ademaacutes un estudio de frecuencia por horas Todo esto para hallar la funcioacuten de densidad de
probabilidad de Weibull que caracteriza el comportamiento del viento a nivel general para
hallar el factor de forma K que se explicaraacute en el numeral 422
4211 Estacioacuten ldquoAlto Saboyaacuterdquo
En la tabla 11 se muestran los datos de la estacioacuten metereoloacutegica utilizada por la CAR
para el estudio de reacutegimen de vientos y en el anexo 2 se puede observar la ubicacioacuten
geograacutefica de dicha estacioacuten
Tabla 11 Datos geograacuteficos de la estacioacuten metereoloacutegica
ESTACIOacuteN 2401520 ALTO SABOYAacute
Entidad CAR Zona norte
Latitud 0543N Departamento Boyacaacute
Longitud 7349W Municipio Saboyaacute
Elevacioacuten 2800 msnm Cuenca Riacuteo Suaacuterez
80
4212 Anaacutelisis del reacutegimen de vientos
La informacioacuten del reacutegimen de vientos se puede ilustrar en la tabla 12 la cual nos indica el
promedio diario y mensual durante 1997 En el anexo 3 se pueden observar los regiacutemenes
de vientos de la estacioacuten ldquoALTO SABOYAacuterdquo de antildeos anteriores a 1997 con el fin de
justificar que el potencial eoacutelico para la zona no ha cambiado intensamente en el tiempo
Tabla 12 Direccioacuten predominante y velocidad media diaria del viento en ms para la
estacioacuten ldquoALTO SABOYAacuterdquo
DIA ENERO FEBRERO MARZO ABRIL MAYO JUNIO JULIO AGOSTO SEPTIEM OCTUBRE NOVIEM DICIEM
1 SW 26 E 98 SW 26 NE 71 NE 75 NE 81 E 29 E 85 NW 212 E 52 NE 59 SW 27 NE 72 E 67 NE 60 E 55 E 64 NE 303 NE 83 E 58 NE 63 E 45 N 45 NE 50 E 92 E 65 NE 314 NW 27 E 66 E 62 N 59 E 33 N 49 N 21 E 78 E 58 NE 795 NW 25 W 36 NE 57 E 65 NE 28 N 41 E 56 E 84 E 58 NE 1006 E 39 NW 25 NE 28 E 65 NE 55 NE 63 N 85 NE 81 E 57 NE 957 NE 51 W 29 E 40 E 60 NW 22 NE 73 NE 147 NE 97 NE 32 NE 878 E 50 NE 30 E 38 E 94 W 26 N 54 E 118 E 115 NE 52 N 629 NE 25 NE 39 NE 26 E 35 E 86 E 39 NE 63 NE 99 E 50 NW 2510 NE 21 NE 34 E 47 E 46 E 70 E 84 NE 58 E 65 E 59 E 5411 SW 22 NE 76 E 47 E 35 NE 50 NE 63 N 27 E 55 NE 3112 W 31 E 91 E 69 E 52 NE 54 E 91 E 58 SE 31 NE 3613 NW 31 E 103 E 87 E 62 NE 83 N 60 NE 75 NE 74 SW 2514 NW 23 E 114 E 57 E 62 NE 65 N 67 N 50 NE 74 SW 32 SW 4515 SW 35 E 90 E 42 E 50 NE 42 N 50 N 48 NE 124 SW 24 W 2316 W 26 NE 42 NE 43 E 88 E 92 NE 39 NE 66 N 54 NE 117 SW 28 NE 2917 NW 24 NE 72 NE 32 E 83 E 76 NE 74 NE 79 N 66 NE 88 W 35 NE 3218 W 30 E 72 E 61 E 100 NE 44 NE 107 NE 65 E 68 NW 32 NE 4019 SW 26 NW 24 NE 75 NE 57 NE 88 N 65 NE 39 NE 18 E 3720 SW 23 E 57 W 56 N 57 NE 60 NE 81 NE 83 NE 46 NE 34 E 4121 E 32 W 54 N 47 NE 26 NE 67 N 61 NE 29 NE 32 NE 5422 SW 26 W 51 E 76 NE 40 N 59 N 61 E 43 N 43 E 8423 W 31 E 58 W 47 NE 88 NE 107 NE 64 E 35 E 37 E 8324 E 30 E 70 SW 31 W 20 NE 44 NE 157 E 59 E 61 NE 82 NE 3125 E 29 E 67 SW 32 NW 23 NE 37 NE 151 E 100 E 73 N 55 W 2726 W 29 E 69 SW 41 NE 28 NE 44 NE 146 E 121 NE 82 N 28 SW 3627 W 30 E 91 W 52 E 27 E 32 NE 122 NE 133 NE 94 N 42 W 3728 SW 34 E 98 W 45 W 34 NE 95 NE 99 N 28 NE 3129 W 34 S 37 E 51 NE 88 E 74 E 110 NE 29 E 6130 W 38 S 33 NE 89 NE 54 N 26 NE 50 NE 45 E 4731 SW 26 S 37 NE 49 E 50 E 74
MEDIA SW 29 E 55 E 54 E 48 E 67 NE 50 NE 80 NE 75 NE 68 NE 50 E 48 NE 54
MEDIA NE 57
81
Con los datos descritos en la tabla 12 se procede a determinar las variaciones de la
velocidad de viento en diferentes lapsos de tiempo durante el antildeo Estos resultados se
lograron gracias a la aplicacioacuten del programa HOMERPRO (The Hybrid Optimization
Model for Electric Renewables) del NREL (National Energy Research Laboratory)18 Asiacute
NREL es un instituto del Departamento de Energiacutea de los Estados Unidos ubicado en
Colorado (California) El instituto es un centro principal para la investigacioacuten en las ceacutelulas
de combustible en la energiacutea solar en la energiacutea eoacutelica en la de las plantas Ademaacutes de los
edificios inteligentes disentildeo de vehiacuteculos avanzados en la energiacutea geoteacutermica y del
hidroacutegeno
Figura 23 Velocidad anual del viento en la vereda Tibista (ms)
18 Tomado httpwwwnrelgovhomerpro
82
Figura 24 Velocidad mensual del viento en la vereda Tibista (ms)
Figura 25 Velocidad diaria del viento en la vereda Tibista (ms)
83
Figura 26 Velocidad horaria del viento en la vereda Tibista (ms)
Analizando los datos recopilados se pudo obtener una informacioacuten de una velocidad media
anual de 57ms velocidad adecuada para llevar a cabo el proyecto de aprovechamiento
energeacutetico como se indica en la tabla 13 el montaje de un aerogenerador es viable para
este rango de velocidad
84
Tabla 13 Relaciones generales entre viabilidad y velocidad de viento para su uso como
fuente de energiacutea19
Promedio anual de velocidad de
viento a 10m de altura
Posibilidad de uso de la energiacutea eoacutelica
Menor a 3ms Usualmente no es viable a menos que existan
circunstancias especiales como las variaciones
estacioacutenales
3 ndash 4ms Puede ser una buena opcioacuten para equipos eoacutelicos de
bombeo de agua (aerobombeo) poco viable para
generacioacuten eleacutectrica con equipos eoacutelicos
(aerogeneracioacuten)
4 ndash 5ms Aerobombas son competitivas econoacutemicamente a
los equipos diesel aerogeneracioacuten con equipos
autoacutenomos es viable
Maacutes de 5ms Viable para aerobombeo y aerogeneracioacuten con
sistemas autoacutenomos
Maacutes de 6ms Viable para aerobombeo aerogeneracioacuten con
sistemas autoacutenomos y para sistemas conectados a la
red eleacutectrica
422 Modelamiento matemaacutetico para calcular la entrega de energiacutea eoacutelica20
Este anaacutelisis matemaacutetico combina el comportamiento de sistemas de conversioacuten de energiacutea
eoacutelica con las condiciones de viento como frecuencia de distribucioacuten del mismo Este
anaacutelisis permite hacer una estimacioacuten vaacutelida y bastante cercana de la produccioacuten neta de un
sistema eoacutelico cuando dicho sistema es localizado en un reacutegimen de vientos especiacutefico
Para este caso la vereda Tibista zona rural del municipio de Saboyaacute (Boyacaacute)
19 PINILLA S Aacutelvaro Manual de aplicacioacuten de la energiacutea eoacutelica Bogotaacute DC INEA 1997 p29
20 Ibid p71
85
Los registros continuos de la velocidad del viento se traducen en una curva de frecuencia de
velocidades que en realidad corresponden a un histograma de velocidades Esta curva se
hace para el antildeo completo permitiendo conocer asiacute los rangos de velocidad y el porcentaje
del tiempo total a que corresponde cada una Al agrupar los datos mensualmente se
determinar las variaciones estacioacutenales y finalmente el comportamiento del viento a largo
del antildeo La curva de frecuencia de velocidades permite conocer la cantidad de horas en la
que una velocidad dada aparece en un sitio y se le puede dar la forma de frecuencia de
energiacutea por unidad de aacuterea obteniendo la velocidad de viento de maacutexima energiacutea
De los anaacutelisis estadiacutesticos de la distribucioacuten de velocidades del viento se ha observado un
patroacuten tiacutepico al que es posible aplicarle una funcioacuten matemaacutetica La funcioacuten de distribucioacuten
de WEIBULL modela con relativa exactitud el comportamiento del viento la ecuacioacuten de
Weibull estaacute definida por
)xG(1K KexGk)x(f minusminus= (1)
Donde k es el factor de forma de Weibull que en este caso tiene un valor de 201 ( hallado
gracias al programa HOMERPRO descrito anteriormente) y χ es la variacioacuten de la
velocidad desde 0 a 30ms y G se puede calcular como
k0434O568G += (2)
01243405680G +=
78390G ====
86
Reemplazando los datos anteriormente obtenidos en la ecuacioacuten (1) se obtiene la funcioacuten de
probabilidad Posteriormente tomando valores de 0 a 30ms se encuentra la curva de
frecuencia de velocidades para la vereda Tibista (ver figura 27)
)x78390(1012 012ex78390012)x(f minusminusminusminusminusminusminusminus====
Figura 27 Probabilidad de Weibull para la vereda Tibista
423 Estimacioacuten del consumo tiacutepico para vivienda rural
En la tabla 14 se presenta la estimacioacuten del consumo de energiacutea eleacutectrica de algunos
electrodomeacutesticos que son utilizados comuacutenmente en una vivienda de este tipo incluyendo
algunos equipos agriacutecolas Se toma un estimativo de seis habitantes para dicha vivienda
87
Tabla 14 Consumo tiacutepico de energiacutea eleacutectrica en la zona de estudio
EQUIPO Cantidad Potencia (W)
Potencia Pico(W)
HorasUso
kWhDiacutea
kWhMes
Bombilla ahorradora 8 20 160 800 128 384
Equipo de sonido 1 80 80 500 04 120
Televisor 1 150 150 500 075 225
Licuadora 1 350 350 025 00875 26
Plancha 1 1000 1000 075 075 225
Nevera 1 250 250 1200 30 900
Cerca eleacutectrica 50km 10 10 24 024 72
Bomba centrifuga 1 560 560 075 042 504
TOTAL 2560 693 20024
Total kWhdiacutea = 693
Total kWhmes = 20024
Total kWhantildeo = 240288
4231 Caacutelculo de la bomba eleacutectrica
Ademaacutes de la demanda de energiacutea eleacutectrica a utilizar se hace un caacutelculo del consumo de
agua para las necesidades baacutesicas de los habitantes antes mencionados
bull Consumo por persona 55Litros por diacutea (lpd)
bull Consumo total 55lpd 6 = 330 lpd
bull Tanque de reserva 1 de1000litros
Para la escogencia de la bomba a utilizar se tiene en cuenta la altura de descarga que son
35m (veacutease figura 28) se observa que la bomba numero1 nos entrega alrededor de 225
litros por minuto (lpm) y la bomba nuacutemero 2 nos entrega 40 lpm para llenar el tanque las
bombas durariacutean en funcionamiento 45 y 25 minutos respectivamente Los 1000 litros
alcanzariacutean para 2 diacuteas y medio de consumo logrando con ello que solo se pusiera en
funcionamiento la bomba uacutenicamente durante 12 diacuteas del mes
88
Se escogioacute la bomba de frac34 hp ya que vamos a tener un consumo en el mes menor que con
la bomba de 1hp a pesar de que el tiempo de llenado es menor con esta uacuteltima Esta bomba
va a trabajar con un motor de corriente continua y se conecta directamente al banco de
bateriacuteas Este tipo de bomba centriacutefuga tiene caracteriacutesticas tales como el suministro de
agua a grandes alturas extraccioacuten de agua de pozos llanos y profundos y uso domeacutestico
Figura 28 Curva de rendimiento de bombas centrifugas
Tabla 15 Bomba Centriacutefuga
Marca Barnes Potencia (HP) frac34 Diaacutemetro de succioacuten (rdquo) 114
Ref Liacutenea jet 77 Temperatura maacutexima
de operacioacuten (degC)
70 Diaacutemetro de descarga (rdquo) 1
89
424 Anaacutelisis para el desempentildeo del aerogenerador
Teniendo el reacutegimen de vientos para la zona de estudio aplicando la curva de frecuencia de
velocidades (ver figura 27) y el consumo tiacutepico de la vivienda rural (ver tabla 14) se
procede a buscar el aerogenerador que trabaje oacuteptimamente con las caracteriacutesticas del
reacutegimen de vientos y que cumpla con la demanda de energiacutea eleacutectrica Ademaacutes se utilizara
la curva tiacutepica de potencia de cada aerogenerador que es suministrada por los fabricantes
Se hallaraacuten los kWhmes suministrados por aerogeneradores tiacutepicos de 1kW 15kW y
3kW para las condiciones anteriormente expuestas con el fin de hacer un comparativo
para seleccionar el aerogenerador que maacutes se adapte a las condiciones tanto teacutecnicas como
econoacutemicas de este proyecto
4241 Aerogenerador de 1kW
0
200
400
600
800
1000
1200
2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20
Velocidad del viento (ms)
Figura 29 Curva tiacutepica de potencia de un aerogenerador de 1kW
90
Tabla 16 Desempentildeo del aerogenerador de 1kW para la vereda Tibista
Velocidad del viento (ms)1
Potencia(W)2
Probabibilidadde viento ()3
Producto de potencia porprobabilidad de viento (W)4
1 0 476 0002 0 885 0003 0 1175 0004 35 1320 4625 76 1325 10076 138 1216 16787 276 1034 28538 401 819 32849 750 609 4567
10 900 426 383411 980 281 275412 1000 175 175013 1000 103 103014 1000 057 57015 674 030 20216 900 015 13517 850 007 06118 800 003 02419 750 001 01020 700 001 007
TOTAL 9958 24228
1 Rango de velocidades de viento de 0 a 20ms 2 Potencia eleacutectrica tiacutepica del aerogenerador para cada velocidad 3 Reacutegimen de vientos especifico para la vereda Tibista (veacutease figura 27) 4 Potencia eleacutectrica que suministra el aerogenerador para la vereda Tibista
Promedio de potencia de salida = 24228W
Energiacutea de salida mensualmente = 255kWhmes
Energiacutea de salida anualmente = 3066kWhantildeo
Energiacutea de salida diariamente = 84kWhdiacutea
91
4242 Aerogenerador de 15kW
0
500
1000
1500
2000
2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20
Velocidad del viento (ms)
Figura 30 Curva de potencia tiacutepica de un aerogenerador de 15kW
Tabla 17 Desempentildeo del aerogenerador de 15kW para la vereda Tibista
Velocidad delviento (ms)
Potencia(W)
Probabibilidadde viento ()
Producto de potencia porprobabilidad de viento (W)
1 0 476 0002 0 885 0003 180 1175 21154 300 1320 39605 410 1325 54326 600 1216 72967 800 1034 82728 1000 819 81909 1100 609 6699
10 1250 426 532511 1400 281 393412 1550 175 271213 1650 103 170014 1780 057 101515 1600 030 48016 1500 015 22517 1520 007 10618 1550 003 04619 1600 001 01620 1620 001 016
TOTAL 9958 57539
92
Promedio de potencia de salida = 57539W
Energiacutea de salida mensualmente = 38325kWhmes
Energiacutea de salida anualmente = 4599kWhantildeo
Energiacutea de salida diariamente = 1277kWhdiacutea
4243 Aerogenerador de 3kW
0500
1000150020002500300035004000
2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20
Velocidad del viento (ms)
Figura 31 Curva de potencia tiacutepica de un aerogenerador de 3kW
93
Tabla 18 Desempentildeo del aerogenerador de 3kW para la vereda Tibista
Velocidad del viento (ms)
Potencia(W)
Probabibilidadde viento ()
Producto de potencia porprobabilidad de viento (W)
1 0 476 0002 0 885 0003 250 1175 29384 510 1320 67325 760 1325 100706 1050 1216 127687 1490 1034 154078 1899 819 155539 2179 609 1327010 2499 426 1064611 2749 281 772512 3099 175 542313 3279 103 337714 3499 057 199415 3249 030 97516 2999 015 45017 3049 007 21318 3059 003 09219 3199 001 03220 3339 001 033
TOTAL 9958 107698
Promedio de potencia de salida = 107698W
Energiacutea de salida mensualmente = 7665kWhmes
Energiacutea de salida anualmente = 9198kWhantildeo
Energiacutea de salida diariamente = 2555kWhdiacutea
Con los desempentildeos mostrados por cada aerogenerador se puede deducir que
1 El aerogenerador de 1kW no suple las necesidades de energiacutea demandada
2 El aerogenerador de 15kW cumple con los requerimientos de demanda de energiacutea
sin estar sobredimensionado
3 El aerogenerador de 3kW tambieacuten cumple con la demanda de energiacutea pero de una
manera sobredimensionada y se descarta de antemano por razones de tipo
econoacutemico
94
En conclusioacuten se tiene que el aerogenerador escogido para este proyecto es el de 15kW
en el mercado internacional se pueden encontrar aerogeneradores de esta potencia nominal
de diferentes fabricantes como se muestra en la tabla 19
Tabla 19 Aerogeneradores de 15kW
ModeloDatos
Teacutecnicos
BergeyBwc Excel
1500
JBornayInclin Neo
1500
WhisperH 1500
PotenciaNominal
(W)1500 1500 1500
Velocidad del vientopara arranque
(ms)36 35 34
Velocidad parapotencia nominal
(ms)125 12 125
Nuacutemero de aspas 3 2 3
Diaacutemetro(m)
3 286 27
Material Fibra devirdiocarbono
Fibra devirdiocarbono
Fibra devirdiocarbono
GeneradorAlternador
trifaacutesico de imanespermanentes
Alternador trifaacutesico de imanes
permanentes
Alternador trifaacutesico de imanes
permanentesVoltaje
(V)122448120220 2448120220 122448120220
Voltaje banco debateriacuteas
(V)
24 24 24
Peso(kg)
38 42 35
95
425 Caacutelculo del banco de bateriacuteas
El tamantildeo del banco de bateriacuteas lo va a determinar la cantidad de amperios hora diacutea
requeridos Estos amperios hora diacutea se deducen de la tabla 14 (consumo tiacutepico de energiacutea
eleacutectrica en la zona de estudio) donde se observa que se tiene una demanda de 6930 Vatios
hora diacutea Para un aerogenerador de 15kW los fabricantes recomiendan trabajar con un
sistema a 24V entonces se tiene
iacutea28875Ahd24Vshoradiacutea6930Vatio ====dividedividedividedivide
Para tener una suplencia eficiente con el banco de bateriacuteas se asume un periodo de 5 diacuteas
en el que la velocidad del viento esteacute por debajo del miacutenimo requerido que son 35ms
para que el aerogenerador comience a entregar energiacutea
144375Ah5diacuteasiacutea28875Ahd ====
Para evitar completamente la descarga de las bateriacuteas en este lapso de tiempo se tiene que
multiplicar por el siguiente factor (este valor se toma del manual de instalacioacuten operacioacuten y
mantenimiento de Southwest Windpower Inc que es un fabricante de aerogeneradores de
15kW)
1 Paneles solares uacutenicamente (50 de descarga) 15
2 Sistemas hiacutebridos eoacutelico-solar (60 de descarga) 14
3 Sistemas eoacutelicos uacutenicamente (80 de descarga) 12
17325Ah12144375Ah ====
En general las bateriacuteas utilizadas en este tipo de instalaciones son de plomo-aacutecido de tipo
estacionario de ciclo profundo y libre mantenimiento que suministran 220Ah y 6V Para
calcular el numero de bateriacuteas del banco se tiene
8Bateriacuteasas788Bateriacute220Ah17325Ah asympasympasympasymp====dividedividedividedivide
96
Figura 32 Banco de bateriacuteas serie-paralelo
En la figura 32 se muestra el banco de bateriacuteas a utilizar el cual tiene las siguientes
caracteriacutesticas
bull Cada bateriacutea de 6V ndash 220Ah
bull Cada hilera (vertical) de conexioacuten en serie 24V ndash 220Ah
bull Total de las 2 hileras en paralelo 24V ndash 440Ah
Tabla 20 Bateriacuteas de 220Ah
Marca y modelo
Datos teacutecnicos
Trojan
B220-4
Sonnenschein
S212220Ah
YuasaExide
8DS
Voltaje (V) 6 6 6
Amperios hora
(Ah)
220 220 220
Mantenimiento Libre Libre Libre
De acuerdo a distribuidores internacionales de bateriacuteas las baterias que trabajan maacutes
eficientemente con sistemas conversores de este tipo son las Trojan B220-4 ya que
brindan una garantiacutea de cinco antildeos sin mantenimiento alguno
97
426 Caacutelculo del inversor
La funcioacuten del inversor es transformar una tensioacuten continua VCC en una tensioacuten alterna
VCA elevaacutendola de 24 a 120V La potencia nominal del inversor depende de la potencia
pico en corriente alterna demandada por el consumo tiacutepico para la zona de estudio esta
potencia pico es 2560W
Los inversores que maacutes se adaptan y que se pueden conseguir en el mercado tienen las
siguientes caracteriacutesticas
Foto 21 Inversor de 24VCD a 120VCA
Tabla 21 Inversores de 24VCD a 120VCA
Marca y modelo
Datos teacutecnicos
Ceim
SM-2500
Trace Engineering
DR3624
Voltaje 24VDC ndash 120VAC a 60Hz 24VDC ndash 120VAC a 60Hz
Potencia nominal (W) 2500 3000
Se escoge el inversor de Trace Engineering DR3624 ya que por cuestiones de disentildeo se
plantea dejar un sistema flexible que pueda estar sometido a futuras ampliaciones y ademaacutes
a conexiones de equipos externos (equipos de ordentildeo para ganado sistemas automaacuteticos de
riego bebedores automaacuteticos para ganado invernaderos motosierras etc)
98
427 Caacutelculo del regulador
El objetivo principal del regulador es estabilizar la carga desde el aerogenerador para parar
la carga cuando las bateriacuteas no lo necesiten maacutes (evitando sobrecargas) y eviten asiacute la
descarga hacia el aerogenerador cuando no hay viento Tambieacuten protege la instalacioacuten de
cortocircuitos estabiliza la tensioacuten protege contra la inversioacuten de polaridad del banco de
bateriacuteas y adapta la carga al estado de las bateriacuteas Para calcular la corriente del regulador
se tiene
VPI ====
V24kW51I =
A562I ====
El regulador que maacutes se adapta y que se puede conseguir en el mercado tiene las siguientes
caracteriacutesticas
Tabla 22 Regulador de 100A
Marca y modelo
Datos teacutecnicos
Trace Engineering
RG-100A
Voltaje (VDC) 12-24-48
Corriente nominal (A) 100
99
428 Montaje final del sistema conversor de energiacutea eoacutelica
Figura 33 Montaje del sistema conversor de energiacutea eoacutelica
(1)
(2) (3)
(5)(4)
(7)
(8)
(11)
(15)
(12)
(14)
(18)
(16) (17)
(10)
(13)
(9)
(6)
100
Este montaje incluye un tablero general de control que suministra el fabricante de cualquier
aerogenerador en donde viene incluido un rectificador trifaacutesico de corriente regulador de
tensioacuten de 24V sistema de monitoreo de carga y descarga de bateriacuteas y un interruptor de
estado soacutelido que actuacutea automaacuteticamente con el sistema de monitoreo con el fin de enviar la
carga sobrante de las bateriacuteas al disipador de carga (que tambieacuten lo suministran los
fabricantes) cuando las bateriacuteas esteacuten cargadas ademaacutes de un interruptor de frenado que
desconecta todo el sistema para que el aerogenerador se detenga A continuacioacuten se
muestran los equipos con sus especificaciones teacutecnicas utilizados para el proyecto
(1) Aerogenerador de 15kW (veacutease tabla 19)
Generador Alternador trifaacutesico
De imanes permanentes
Voltaje generador (VAC) 220
Torre Galvanizada de 3rdquo Voltaje banco de bateriacuteas (VDC) 24
(2) Sistema de monitoreo y regulador automaacutetico de carga del banco de bateriacuteas
(3) Tablero general de control
(4) Interruptor de estado soacutelido para carga automaacutetica de bateriacuteas
(5) Regulador secundario de tensioacuten de 24V
(6) Interruptor de frenado del aerogenerador
(7) Rectificador trifaacutesico de entrada corriente alterna y salida corriente continua
(8) Cortacircuitos tripolar termomagneacutetico
V3PI ====
V2203kW51I =
A943I ====
Marca Legrand In (A) 10 Voltaje (VAC) 120220
Ref DSA-3010 Capacidad interruptiva (kA) 10 (220V) Nuacutemero de polos 3
101
(9) Disipador de carga
(10) Transformador trifaacutesico
Potencia (kVA) 15
Voltaje del primario (VAC) 220 (Delta)
Voltaje del secundario (VAC) 24 (Triaacutengulo)
(11) Regulador principal de 24V (ver numeral 427)
(12) Arrancador para el motor de la bomba centrifuga
VPI ====
V24W560I =
A3323I ====
Marca Telemecanique Tensioacuten de trabajo (V) 24 Potencia (HP) frac34
Ref GV2-P22D1BW3 Reglaje de la proteccioacuten
teacutermica (A)
20 a 25 Proteccioacuten IP65
(13) Cortacircuitos monopolar de CC
VPI ====
V24kW51I =
A562I ====
Marca Merlin Gerin In (A) 65 Voltaje (VDC) 24
Ref C60H-24409 Capacidad interruptiva (kA) 10 (24V) Nuacutemero de polos 1
(14) Bomba para el suministro de agua (ver numeral 4231)
(15) Banco de bateriacuteas (ver numeral 425)
(16) Inversor de 24VDC a 120VAC (ver numeral 426)
(17) Tablero monofaacutesico de cortacircuitos termomagneacuteticos para circuitos de CA
Marca Luminex Tensioacuten de trabajo (V) 120127 Capacidad nominalbarraje principal (A)
125
Ref TML-8 Tensioacuten de aislamiento (V) 600 Nuacutemero de circuitos 8
102
(18) Cortacircuitos monopolar de CC
VPI ====
V24kW2I =
A3383I ====
Marca Merlin Gerin In (A) 100 Voltaje (VDC) 24
Ref NC100H-27254 Capacidad interruptiva (kA) 15 (24V) Nuacutemero de polos 1
43 MANUAL DE INSTALACIOacuteN OPERACIOacuteN Y MANTENIMIENTO DELAEROGENERADOR
431 Instalacioacuten
Realizar y corroborar los siguientes pasos en orden
4311 Voltaje del sistema
Todos los componentes del sistema el aerogenerador la central del sistema el disipador de
energiacutea el transformador y el inversor deben estar al mismo voltaje del banco de bateriacuteas
que para el caso de un aerogenerador de 1500W de potencia nominal los fabricantes
recomiendan 24V
4312 Instalacioacuten de la torre (localizacioacuten tipo y altura)
La altura miacutenima de la torre debe ser de 7m por encima de los aacuterboles u obstaacuteculos en un
radio de 100m La carga de empuje lateral en el extremo de la torre debe corresponder al
modelo del aerogenerador El punto maacutes alto del terreno o lugar de instalacioacuten es
generalmente el mejor Una torre autoportante ocupa menos aacuterea de terreno que una torre
soportada con cables (riendas obenques tirantes) pero es maacutes costosa Un disentildeo de torre
pivotada permite una instalacioacuten sencilla y un mantenimiento faacutecil en tierra eliminando la
necesidad de escalar
103
4313 Adquirir el tamantildeo del banco de bateriacuteas adecuado
Los sistemas de faacutebrica contienen el banco de bateriacuteas sugerido En la tabla siguiente se
puede observar el tamantildeo miacutenimo del banco de bateriacuteas para diferentes aerogeneradores de
potencia nominal
4314 Seleccioacuten del lugar para instalar el banco de bateriacuteas
Ubicar el banco de bateriacuteas en una edificacioacuten fresca seca y deshabitada Poner a funcionar
la energiacutea AC desde el inversor hasta la casa o sitio de consumo Si las bateriacuteas estaacuten en un
edifico habitado este debe ser cerrado y tener suficiente ventilacioacuten Determinar la
configuracioacuten en serieparalelo para construir un estante o montar las bateriacuteas sobre un
mueble resistente en madera tratada Dejar 5cm alrededor para ventilacioacuten y 60cm de
104
separacioacuten vertical para el acceso a los terminales y revisioacuten del agua Proteger todas las
conexiones con grasa o protector de corrosioacuten Instalar el tablero de control general (EZ-
WIRE) y el fusible del inversor (si se usa) al polo positivo de las bateriacuteas
Usar el diagrama siguiente para determinar la configuracioacuten serieparalelo del banco de
bateriacuteas para trabajar a un voltaje de 24V
4315 Instalar el tablero de control (EZ-WIRE) y el transformador
Instalar el tablero de control del sistema (EZ-WIRE) y el transformador sobre superficies
resistentes al calor Localizarlos a 3m maacuteximo uno del otro Conectar el transformador a
los terminales WIND del tablero de control con un conductor adecuado (6AWG-THW)
Conectar el tablero de control DC+ y el DC- a las bateriacuteas usando los conductores del
calibre correspondiente
105
4316 Instalar y conectar el disipador de carga
Instalar la caja de resistencias o disipador de carga sobre una superficie resistente al calor
El disipador de carga produce calor cuando las bateriacuteas estaacuten cargadas Ubicar el disipador
de carga al lado del tablero de control o donde se necesite calor
4317 Montar el interruptor de frenado
Al lado del tablero de control usando un conductor adecuado se conecta el interruptor de
frenado a los terminales ldquoWINDrdquo en el tablero de control
106
4318 Instalar el inversor y conectarlo al banco de bateriacuteas
Instalar un cortacircuitos para corriente continua entre el inversor y el positivo del banco de
bateriacuteas usando los conductores adecuados
4319 Instalar los conductores desde el extremo de la torre al transformador y
despueacutes al tablero de control
Usar 3 conductores adicionando una red a tierra desde la torre hasta el lugar de instalacioacuten
utilizando los conductores adecuados
43110 Pruebas eleacutectricas para el aerogenerador
Realizar estas pruebas antes de montar las aspas en el rotor Estas pruebas confirman que el
aerogenerador esteacute funcionando correctamente y listo para ser instalado en la torre
107
43111 Conectar los conductores y montar el aerogenerador en la torre
Instrucciones de montaje
1 Revisar el ajuste de los accesorios de insercioacuten dentro de la torre Se tolera un juego
maacuteximo de 15mm Debe ser posible desplazar el inserto con los pernos de montaje
ajustadamente dentro de la torre
2 Instalar el accesorio de insercioacuten en el eje vertical con el agujero no roscado
orientado hacia abajo (1) Usar un compuesto sellador para roscas en todas las
uniones roscadas
3 Instalar los tornillos M8x30 (2) y la arandela de seguridad (4) en este agujero
ademaacutes de la contratuerca (6) como tuerca de seguridad para los tornillos (7) y
ajustarlos en el accesorio de insercioacuten
4 Usar caperuzas plaacutesticas o pernos conectores para hacer las conexiones eleacutectricas
5 Cubrir muy bien los tornillos conectores con suficiente cinta aislante para prevenir
cortos con la torre
6 Soportar bien los conductores para evitar que se separen o rompan por su propio
peso
108
7 Deslizar el eje vertical del generador sin las aspas dentro de la torre e instalar
todos los componentes tal como se muestra en la siguiente figura Use compuesto
sellador para roscas en todas las uniones roscadas
43112 Prueba del cableado del aerogenerador al tablero de control
No se pueden instalar las aspas hasta haber pasado las pruebas Repita el paso 11 activando
el interruptor de frenado (brake switch ldquoONrdquo) para poner los cables en corto
109
110
43113 Instalar el timoacuten o cola
111
43114 Instalar las aspas y la nariz
Para realizar la instalacioacuten de estas partes el interruptor de frenado debe estar activado
(brake switch ldquoONrdquo)
Instrucciones de instalacioacuten
1 La parte del aspa con la cinta guiacutea (borde de ataque) debe estar hacia abajo cuando
el aspa esteacute a la derecha de la platina de montaje
2 Introducir los tornillos (1) a traveacutes de la platina de montaje y del aspa La cabeza del
tornillo debe estar del lado del rotor y de la platina de montaje
3 Instalar una arandela plana (2) con el lado redondeado hacia la fibra de vidrio y una
tuerca (3) con un torque de 14 lbs-pie No ajustar excesivamente pues puede
quebrar la fibra de vidrio
4 Instalar la nariz (9) la arandela de caucho contra el protector (5a) la arandela plana
(5) la arandela divisoria de presioacuten (6) y el tornillo (4)
43115 Izar la torre siguiendo las instrucciones del fabricante con el interruptor defrenado en posicioacuten ldquoONrdquo
112
44 OPERACIOacuteN NORMAL
441 Controles y caracteriacutesticas del tablero de control
4411 Seccioacuten de control
El interruptor WIND ONOFF se utiliza para frenar o detener el aerogenerador El
interruptor del circuito ofrece proteccioacuten para sobrecarga y puede ser usado para
desconectar las cargas DC
4412 Seccioacuten del sistema de monitoreo
Selector de tres posiciones Ubicado a la izquierda en el tablero
1 Posicioacuten Izquierda Indica amperios o voltios de acuerdo con el selector
2 Posicioacuten Central APAGADO (OFF) ademaacutes reduce la descarga de la bateriacutea El
regulador permanece encendido
3 Posicioacuten Derecha Indica los voltioscelda de la bateriacutea cuando el selector tambieacuten
estaacute en la posicioacuten ldquoVoltsCellrdquo Los voltios para cada celda de la bateriacutea tambieacuten se
113
indican como porcentaje de carga de la bateriacutea en la escala vertical o MEDIDOR
DE CARGA DE LA BATERIA (BATTERY FUEL GAUGE) Este es el indicador
maacutes confiable de carga de la bateriacutea y no se ve afectado por eventos de baja o alta
descarga o por el proceso de carga La bateriacutea debe estar conectada por lo menos
durante 6 horas para obtener una lectura precisa
Botoacuten selector ubicado a la derecha
1 VoltsCell Indica el estado de carga de bateriacuteas del tipo de plomo aacutecido
2 V-Bat Indica el voltaje actual de la bateriacutea con una precisioacuten de una deacutecima de
voltio
3 A-Bat Muestra amperios positivos si la bateriacutea se estaacute cargando Indica amperios
negativos si la bateriacutea se estaacute descargando Utilice estos controles para entender y
monitorear los efectos de las fuentes de consumo
4 A-Wind Indica la carga en amperios del aerogenerador Se usa para medir la
velocidad del viento y monitorear el desempentildeo del aerogenerador
114
442 Operacioacuten del regulador automaacutetico de carga
El regulador automaacutetico de carga del banco de bateriacuteas incorporado previene sobrecargas
de la bateriacutea y asegura una larga vida de las bateriacuteas con un consumo miacutenimo de agua
4421 Luz indicador de regulacioacuten
Si es intermitente indica que la bateriacutea ha alcanzado su estado de flotacioacuten y parte de la
energiacutea se esta desviando al disipador de carga o caja de resistencias El proceso de carga
del banco de bateriacuteas seraacute cada vez maacutes lento hasta que se cargue completamente cada
vez habraacute maacutes carga desviaacutendose al disipador de carga o caja de resistencias
4422 Posicioacuten de flotacioacuten
Seleccionar el voltaje maacuteximo de la bateriacutea que permitiraacute el regulador Usar las posiciones
maacutes altas cuando las bateriacuteas esteacuten en lugares friacuteos
Posiciones sugeridas
bull Uacutenicamente viento Fijar a 245-25 Voltioscelda (VoltsCell) No es necesario
igualar el voltaje de las celdas Revisar el nivel del agua cada seis meses
bull Igualacioacuten Utilizar 27-28 Voltioscelda (VoltsCell) despueacutes de llenar las celdas
de la bateriacutea cargar por 24 horas Monitorear la temperatura y el nivel del agua
mientras ecualiza
115
443 Iniciar el aerogenerador
Colocar el interruptor de frenado (WIND) en la posicioacuten ldquoONrdquo despueacutes de que la heacutelice
gire leer la corriente de carga del viento (A-Wind) en la pantalla o monitor
4431 Operacioacuten de la heacutelice del aerogenerador
En vientos menores a 3-4ms la heacutelice no giraraacute si estaacute completamente quieta En vientos
por encima de 3-4 ms las heacutelices comenzaraacuten a girar lentamente y despueacutes de 1 a 10
minutos alcanzaraacute unas rpm donde las aspas seraacuten praacutecticamente invisibles Una vez las
aspas esteacuten en movimiento continuaraacuten girando en vientos tan bajos como 2ms En
vientos normales la corriente de carga aumentaraacute raacutepidamente al incrementarse la velocidad
del viento (por la foacutermula que relaciona directamente la potencia con el cubo de la
velocidad del viento) y a la velocidad nominal del viento usted podraacute leer la corriente
nominal en la pantalla en la posicioacuten ldquoA-Windrdquo
En vientos muy altos la corriente de carga decreceraacute a medida que la maacutequina se pliega por
la accioacuten del rotor basculante para protegerse a siacute misma de dantildeos
444 Encienda el inversor
Seguir las instrucciones del fabricante del inversor
445 Consumo de electricidad propia
Ahora se tiene energiacutea eleacutectrica del viento Con el inversor se tiene energiacutea AC para
electrodomeacutesticos comunes Revisar diariamente el estado de carga de las bateriacuteas Si las
bateriacuteas siempre estaacuten cargadas la luz del regulador siempre estaacute encendida se puede
agregar maacutes iluminacioacuten y electrodomeacutesticos y usarlos durante un mayor nuacutemero de horas
al diacutea
Si baja el nivel de carga de las bateriacuteas se estaacute usando maacutes electricidad de la que el
aerogenerador esta produciendo Reducir las horas de uso y el nuacutemero de luces y
electrodomeacutesticos Utilizar bombillos y electrodomeacutesticos eficientes Reducir las cargas
cuando las bateriacuteas esteacuten cargadas menos del 40
116
45 MANTENIMIENTO
451 Mensual
4511 Revisar el interruptor de seguridad (para revisar el cableado eleacutectrico)
Detener el aerogenerador en un viento moderado (cargando pero no plegado) Cuando se
detenga la heacutelice no se debe observar ni detectar ninguna dificultad inusual o ruido
extrantildeo Cuando se presenta alguacuten ruido mientras se activa el interruptor de frenado esto
puede indicar un cable desconectado
117
4512 Revisar el estado mecaacutenico observar y escuchar desde la base de la torre
Usar binoculares No debe presentarse ninguacuten ruido mecaacutenico cascabeleo o vibracioacuten La
heacutelice y la cola no deben cabecear o tambalearse Si se requiere se debe escalar o bajar la
torre para su inspeccioacuten No debe presentarse ninguacuten zumbido ni al oiacutedo ni al tacto cuando
se coloque la mano sobre la torre
4513 Inspeccionar la torre
Seguir todos los requisitos de inspeccioacuten y mantenimiento que da el fabricante de la torre
Ajustar adecuadamente todas las tuercas y tornillos especialmente las conexiones de los
cables Revisar cualquier fisura pandeado o partes rotas en los anclajes y base de la
estructura Revisar que no haya hilos rotos o distensioacuten en los cables de soporte o tensioacuten
118
452 Anual
4521 Revisar el banco de bateriacuteas
Agregar agua destilada si estaacute en un nivel bajo Ajustar las conexiones de los bornes de las
bateriacuteas Remover la corrosioacuten y proteger los terminales Enjuagar las partes con solucioacuten
de soda caacuteustica
4522 Si es necesario realizar la carga de igualacioacuten de la bateriacutea
No es necesario realizar una carga de igualacioacuten si el voltaje de flotacioacuten de cada celda estaacute
en 24V o maacutes Si las bateriacuteas se descargan por largos periacuteodos o las lecturas hidromeacutetricas
de las celdas difieren por maacutes de 20 puntos (Ej 1205 vs 1230) o una celda estaacute deacutebil dar
a la bateriacutea una carga de igualacioacuten Igualar el voltaje de las celdas de las bateriacuteas
colocando el botoacuten selector de flotacioacuten en 27-28 y permitir que la bateriacutea llegue a plena
carga y gasifique libremente (reduzca la carga yo conectar un generador si es necesario)
Dejar cargar las bateriacuteas por lo menos durante 24 horas y tomar lecturas con el hidroacutemetro
La igualacioacuten se ha completado cuando las lecturas del hidroacutemetro tengan 20 puntos
maacuteximo de rango Revisar el nivel del agua y si es preciso disminuir la carga para evitar
que la bateriacutea este demasiado caliente al tacto
119
4523 Escalar la torre o bajarla y hacer una revisioacuten mecaacutenica total delaerogenerador
Ajustar cualquier pieza que se encuentre floja o cambiar las piezas desgastadas
1 Ajustar todas las tuercas y tornillos de montaje de la torre y los tornillos de montaje
del rotor
2 Revisar todos los rodamientos Se acepta un juego escasamente perceptible
3 Rellenar las fisuras de las heacutelices de fibra de vidrio con sellante de silicona
Reemplazarlas si hay alguna rota o dantildeada Reparar o reemplazar las aspas de fibra
de vidrio si estaacuten quebradas o dantildeadas
4524 Registro de mantenimiento
Observar y registrar los requisitos mensuales y anuales de inspeccioacuten Registrar todos los
trabajos de mantenimiento y reparaciones
CAPIacuteTULO 5
5 ANAacuteLISIS ECONOacuteMICO
A nivel internacional se considera que la energiacutea eoacutelica es una tecnologiacutea madura
comercialmente Sin embargo no se ha desarrollado con fuerza mas que desde hace 4 oacute 5
antildeos en los que la potencia instalada en todo el mundo se ha multiplicado por 5 Este
desarrollo no soacutelo se ha debido a la mejora tecnoloacutegica sino tambieacuten a la mejora de los
aspectos econoacutemicos no obstante los gobiernos han reconocido la existencia de unos
beneficios antildeadidos de la energiacutea eoacutelica especialmente sus ventajas medioambientales Ello
ha hecho que se introduzcan bonificaciones a los precios pagados por ella o subvenciones a
la instalacioacuten de equipos que permiten facilitar el desarrollo en las inversiones en este tipo
de energiacutea Este hecho permitioacute que se comenzara a producir a gran escala promoviendo
tanto el avance tecnoloacutegico como una reduccioacuten en los costos de fabricacioacuten Esto a su vez
ha permitido reducir el costo de generacioacuten de la energiacutea eoacutelica a niveles muy proacuteximos a
los de la generacioacuten eleacutectrica convencional Este factor junto con la existencia de unos
precios de compra favorables explica el desarrollo espectacular de los uacuteltimos antildeos
Pese a todo no hay que olvidar que la energiacutea eoacutelica por su propia naturaleza y por su
tecnologiacutea presenta maacutes riesgos en cuanto a su produccioacuten y costos que las energiacuteas
convencionales y que la disponibilidad econoacutemica es crucial para conseguir una
factibilidad yo rentabilidad aceptable de los equipos Por ello parece necesario estudiar
con alguacuten detalle todos los aspectos econoacutemicos de la energiacutea eoacutelica y el grado en que
influyen los distintos paraacutemetros
121
51 COSTOS DEL SISTEMA CONVERSOR DE ENERGIacuteA EOacuteLICA
Los costos de la energiacutea eoacutelica se pueden analizar desde distintos puntos de vista Para el
inversionista o el promotor de una instalacioacuten los costos a considerar son los costos
privados es decir los soportados directamente por eacuteste como los costos de inversioacuten de
explotacioacuten etc Sin embargo si la inversioacuten se analiza desde un punto de vista puacuteblico o
social es necesario tener en cuenta tambieacuten otros valores a la hora de determinar su
rentabilidad como el ahorro energeacutetico que se produce los costos y beneficios
medioambientales que supone la instalacioacuten
511 Costos privados
Los costos privados de un montaje de estas caracteriacutesticas son el costo de inversioacuten y el
costo de explotacioacuten
5111 Costo de inversioacuten
El costo de inversioacuten incluye el aerogenerador el banco de bateriacuteas el regulador el
inversor la torre y el montaje Como se ilustra en la tabla 19 del capitulo anterior en donde
se muestran tres clases de aerogeneradores se toma en cuenta el costo de cada uno ademaacutes
de los equipos restantes que conforman el sistema conversor de energiacutea eoacutelica con el fin
de determinar diferentes alternativas de inversioacuten Se utiliza una TRM $236328 al 29 de
mayo de 2002 sin embargo se efectuaraacute un anaacutelisis en doacutelares para ser el estudio maacutes
objetivo
El factor de importacioacuten incluye nacionalizacioacuten fletes nacionales internacionales
seguros aduana y aranceles
122
Tabla 23 Alternativa de inversioacuten 1
COSTOSFACTOR
IMPORTACIOacuteNEQUIPO ODETALLE REFERENCIA CANTIDAD VALOR
FOB(USD$) () (USD$)
VALORTOTALFINAL(USD$)
AerogeneradorJBORNAYInclin Neo
15001 2982 40 1193 4175
Banco deBateriacuteas
TROJANB220-4 8 1238 60 743 1981
Inversor 24120 TRACEDR3624 1 1007 40 404 1411
Regulador RG 100A 1 279 40 112 391Torre
Galvanizada Tilt UpTipo pesado 3 10m 0 116
BombaCentriacutefuga 1 0 4872
Montaje 1 0 2158SUB ndash TOTAL 5506 10719
TOTAL 10719 Equipos adquiridos en el paiacutes y cotizados en doacutelares a la TRM incluido el IVA
Tabla 24 Alternativa de inversioacuten 2
COSTOSFACTOR
IMPORTACIOacuteNEQUIPO ODETALLE REFERENCIA CANTIDAD VALOR
FOB(USD$) () (USD$)
VALORTOTALFINAL (USD$)
AerogeneradorBERGEYBwc Excel
15001 4134 40 1654 5788
Banco deBateriacuteas
TROJANB220-4 8 1238 60 743 1981
Inversor 24120 TRACEDR3624 1 1007 40 404 1411
Regulador RG 100A 1 279 40 112 391Torre
Galvanizada Tilt UpTipo pesado 3 10m 0 116
BombaCentrifuga 1 0 4872
Montaje 1 0 2238SUB ndash TOTAL 6658 12412
TOTAL 12412 Equipos adquiridos en el paiacutes y cotizados en doacutelares a la TRM incluido el IVA
123
Tabla 25 Alternativa de inversioacuten 3
COSTOSFACTOR
IMPORTACIOacuteNEQUIPO ODETALLE REFERENCIA CANTIDAD VALOR
FOB(USD$) () (USD$)
VALORTOTAL FINAL
(USD$)
Aerogenerador WHISPERH 1500 1 3922 40 1569 5491
Banco deBateriacuteas
TROJANB220-4 8 1238 60 743 1981
Inversor 24120 TRACEDR3624 1 1007 40 404 1411
Regulador RG 100A 1 279 40 112 391Torre
Galvanizada Tilt UpTipo pesado 3 10m 0 116
BombaCentrifuga 1 0 4872
Montaje 1 0 2224SUB ndash TOTAL 6446 12101
TOTAL 12101 Equipos adquiridos en el paiacutes y cotizados en doacutelares a la TRM incluido el IVA
51111 Costos de montaje
Los gastos de montaje incluyen costos de desplazamiento al sitio de trabajo para 3
personas estadiacutea por dos semanas que aproximadamente dura el montaje transporte de los
equipos materiales eleacutectricos e insumos para la instalacioacuten y salarios para dichas personas
Ademaacutes se incluye una utilidad del 5 sobre el valor total de los equipos para cada
alternativa
Tabla 26 Costos de montaje del sistema eoacutelico
Alte
rnat
iva Diacuteas Comidas
($)
Estadiacutea
($)
Insumos
para la
instalacioacuten
($)
Salarios
($)
Transporte
de equipos
y personal
($)
Utilidad
($)
Total
costo
($)
Montaje
(USD$)
1 10 288000 200000 1000000 2400000 200000 1011602 5099602 2158
2 10 288000 200000 1000000 2400000 200000 1202200 5290200 2238
3 10 288000 200000 1000000 2400000 200000 1167105 5255105 2224
Cotizado en pesos a nivel nacional y evaluado en doacutelares a la TRM $236328
124
EL 95 de los equipos no estaacuten sometidos al reacutegimen de impuesto de valor agregado
(IVA) gracias al decreto 2532 de 2001 a las leyes 697 de 2001 y 223 de 1995 que se
explicaran en el capitulo 7
5112 Costos de explotacioacuten
Los costos anuales de explotacioacuten son del 2 de la inversioacuten inicial Comprenden los
gastos de personal de operacioacuten y mantenimiento de reparaciones y de sustitucioacuten de
equipos como el banco de bateriacuteas que tiene que ser sustituido cada cinco antildeos
Tabla 27 Costo final de las alternativas
Alte
rnat
iva Costo de
equipos
(USD$)
Montaje
(USD$)
Valor
presente
(USD$)
Valor presente
($)
Mto anual 2 de
inversioacuten inicial
(USD$)
1 8561 2158 10719 25331998 21438
2 10174 2238 12412 29334211 24825
3 9877 2224 12101 28597222 24201
Cotizado en pesos a nivel nacional y evaluado en doacutelares a la TRM $236328
52 ANAacuteLISIS FINANCIERO DEL PROYECTO
Invertir es incurrir en la actualidad en un gasto que se espera deacute lugar a una corriente de
beneficios que haraacuten que el inversionista se halle en una posicioacuten maacutes favorable que la que
ocupariacutea en el caso de que el gasto inicial se hubiera destinado a otro uso
Asiacute es que se puede modelizar el proceso mediante la figura 34 donde C0 representa el
capital inicial invertido y FC1 FC2 FC3 FCt y FCN los flujos de fondos para cada periacuteodo
dentro de los n periacuteodos considerados
125
Figura 34 Modelo de flujo de fondos
Para determinar la factibilidad de esta inversioacuten se utilizoacute el meacutetodo del valor presente o
actualizacioacuten del flujo de fondos y para medir la rentabilidad de la misma se aplicaron los
conceptos de Valor Presente Neto (VAN) y de Tasa Interna de Retorno (TIR)
Se analizaraacute este proyecto mediante la aplicacioacuten de los meacutetodos VAN y TIR mencionados
anteriormente
Valor Actual Neto (VAN) El valor presente neto de un proyecto de inversioacuten es su valor
medido en dinero de hoy expresando esta idea de otra manera es el equivalente en pesos
actuales de todos los ingresos y egresos presentes y futuros que constituyen el proyecto
Mediante este meacutetodo se actualizan los flujos de fondos con el fin de hallar su valor actual
en el momento de la inversioacuten que si es positivo indicaraacute que el proyecto presenta un
rendimiento maacutes elevado que el costo de capital necesario para llevarlo a cabo Se expresa
mediante la siguiente ecuacioacuten
sumsumsumsumminusminusminusminus ++++
++++====n
1t tC
O)i1(
FCVAN t (2)
Donde
i es la tasa de corte de mercado
Tasa Interna de Retorno (TIR) Este iacutendice se refiere a la rentabilidad del dinero invertido
en el proyecto y puede ser mayor igual o menor que la tasa de oportunidad aplicable al
inversionista
126
Este meacutetodo se refiere al tipo de intereacutes que aplicado al capital de que se dispone al
comienzo de cada periacuteodo haraacute posible que las entradas de caja sirvan para cubrir
exactamente la totalidad de las cargas de intereacutes y para reponer el capital desembolsado
Se trata de encontrar la solucioacuten de la variable r en la siguiente ecuacioacuten
0)r1(
FCo
n
1tt
Ct ====++++
++++ sumsumsumsumminusminusminusminus
(1)
Donde
Co representa el movimiento de caja al comienzo del periacuteodo de la inversioacuten
FCt los subsiguientes flujos de capital o de caja para cada periacuteodo t
n la vida uacutetil de la inversioacuten
r la rentabilidad interna o TIR
Valor de Salvamento (Vs) Es la recuperacioacuten del capital de trabajo invertido en el
proyecto o en otras palabras el valor de venta del equipo usado al concluir la vida uacutetil del
proyecto Para el caso de este proyecto se toma el valor de salvamento Vs como un 15 de
la inversioacuten inicial para el antildeo 20 de la vida uacutetil
521 Anaacutelisis financiero para cada alternativa
Con los costos finales para cada una de las alternativas mostrados en la tabla 25 se
realizaraacute ahora un anaacutelisis financiero para cada alternativa con una cuota inicial del 30
sobre el valor total de los equipos que tienen que ser importados este porcentaje lo
determina el importador ademaacutes de un plazo de 45 diacuteas para la entrega de los equipos en el
127
sitio En este caso particular se consultoacute con AQUAIRE ECOPRODUCTOS que es una
empresa colombiana dedicada a la importacioacuten de estos sistemas conversores
El 70 restante lo financiaraacute una entidad bancaria a traveacutes de un creacutedito a un posible
inversionista El estudio del creacutedito se haraacute para 24 36 y 60 meses con el fin de buscar
cual seria la solucioacuten maacutes econoacutemica y la maacutes rentable para el posible inversionista
Ademaacutes se incluye el valor del mantenimiento por los 20 antildeos de vida uacutetil del sistema
conversor de forma anual que seraacute del 2 de la inversioacuten inicial Se busca tener una cuota
mensual fija trayeacutendola al valor presente para que solo se pague durante los primeros 5
antildeos de la vida uacutetil del aerogenerador por otro lado este mantenimiento incluye el valor de
reposicioacuten de equipos como lo es el banco de bateriacuteas que tiene que ser cambiado cada
cinco antildeos
En la diagramacioacuten de los fondos de fondos que a continuacioacuten se presentan se mostraraacute el
valor presente neto y la tasa interna de retorno de cada una de las alternativas empezando
por aquella que posee subsidio luego la que no posee subsidio y por uacuteltimo una
comparacioacuten con un estrato maacutes alto que el costo en un estrato cinco
128
Tabl
a 28
Flu
jo d
e fo
ndos
pro
yect
ado
para
las 3
alte
rnat
ivas
Val
or
pres
ente
($
)
Mes
esTa
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e
inte
reacutes
()
Cuo
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30
Val
or a
finan
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Cuo
ta m
ensu
alM
ante
nim
ient
o
men
sual
Cos
to
men
sual
Alte
rnat
iva
1
253
319
98C
uota
del
preacutes
tam
o
241
797
599
600
177
323
9891
581
442
220
958
033
63
Cuo
ta d
el
preacutes
tam
o
361
797
599
600
177
323
9867
290
442
220
715
124
41
Cuo
ta d
el
preacutes
tam
o
601
797
599
600
177
323
9848
502
342
220
527
242
78
Alte
rnat
iva
2
293
342
11C
uota
del
preacutes
tam
o
241
798
800
263
205
339
481
060
503
488
903
51
109
393
76
Cuo
ta d
el
preacutes
tam
o
361
798
800
263
205
339
4877
921
748
890
35
828
107
21
Cuo
ta d
el
preacutes
tam
o
601
798
800
263
205
339
4856
165
248
890
35
610
542
08
Alte
rnat
iva
3
285
972
22C
uota
del
preacutes
tam
o
241
798
579
167
200
180
551
033
859
476
620
41
081
521
50
Cuo
ta d
el
preacutes
tam
o
361
798
579
167
200
180
5575
964
047
662
04
807
301
95
Cuo
ta d
el
preacutes
tam
o
601
798
579
167
200
180
5554
754
147
662
04
595
202
90
129
Tabla 29 Flujo de fondos para la alternativa 1 con cuota inicial del 30 a 24 meses
Valor total del creacutedito $ 17732398 Plazo 24 meses Fecha 25-05-02
Intereacutes 2153 anual Mora 3100 anual Cuota mensual $-915814
CUOTANo FECHA CAPITAL
($)INTERES
($)CUOTA
($)SALDO
($)1 240602 -597665 -318149 -915814 17134734
2 240702 -608388 -307426 -915814 16526346
3 230802 -619303 -296510 -915814 15907043
4 220902 -630415 -285399 -915814 15276628
5 221002 -641725 -274088 -915814 14634902
6 211102 -653239 -262575 -915814 13981663
7 211202 -664959 -250854 -915814 13316704
8 200103 -676890 -238924 -915814 12639814
9 190203 -689034 -226779 -915814 11950780
10 210303 -701397 -214417 -915814 11249383
11 200403 -713981 -201833 -915814 10535402
12 200503 -726791 -189023 -915814 9808611
13 190603 -739831 -175983 -915814 9068780
14 190703 -753105 -162709 -915814 8315676
15 180803 -766617 -149197 -915814 7549059
16 170903 -780371 -135443 -915814 6768688
17 171003 -794372 -121442 -915814 5974316
18 161103 -808624 -107189 -915814 5165692
19 161203 -823133 -92681 -915814 4342559
20 150104 -837901 -77913 -915814 3504658
21 140204 -852934 -62879 -915814 2651724
22 150304 -868237 -47576 -915814 1783487
23 140404 -883815 -31999 -915814 899672
24 140504 -899672 -16142 -915814 0
TOTAL -3750736 -1744146 -915814
130
Tabl
a 30
Fl
ujo
de fo
ndos
par
a la
alte
rnat
iva
1 co
n cu
ota
inic
ial d
el 3
0 a
36
mes
es
Val
or to
tal d
el c
reacutedi
to$
177
323
98Pl
azo
36 m
eses
Fech
a25
-05-
02
Inte
reacutes
215
3 a
nual
Mor
a31
00
anu
alC
uota
men
sual
$-67
290
4
CU
OT
AN
oFE
CH
AC
API
TAL
($)
INT
ERES
($)
CU
OT
A ($
)SA
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($)
CU
OT
AN
oFE
CH
AC
API
TA
L ($
)IN
TER
ES ($
)C
UO
TA
($)
SALD
O ($
)1
240
602
-354
756
-318
149
-672
904
173
776
4319
161
203
-488
586
-184
318
-672
904
978
459
9
224
07
02-3
611
21-3
117
84-6
729
0417
016
523
2015
01
04-4
973
52-1
755
52-6
729
049
287
246
323
08
02-3
676
00-3
053
05-6
729
0416
648
923
2114
02
04-5
062
76-1
666
29-6
729
048
780
970
422
09
02-3
741
95-2
987
09-6
729
0416
274
728
2215
03
04-5
153
59-1
575
45-6
729
048
265
611
522
10
02-3
809
09-2
919
96-6
729
0415
893
819
2314
04
04-5
246
06-1
482
99-6
729
047
741
006
621
11
02-3
877
43-2
851
62-6
729
0415
506
077
2414
05
04-5
340
18-1
388
87-6
729
047
206
988
721
12
02-3
947
00-2
782
05-6
729
0415
111
377
2513
06
04-5
435
99-1
293
05-6
729
046
663
389
820
01
03-4
017
81-2
711
23-6
729
0414
709
596
2613
07
04-5
533
52-1
195
52-6
729
046
110
037
919
02
03-4
089
90-2
639
15-6
729
0414
300
606
2712
08
04-5
632
80-1
096
24-6
729
045
546
757
1021
03
03-4
163
28-2
565
77-6
729
0413
884
278
2811
09
04-5
733
86-9
951
8-6
729
044
973
370
1120
04
03-4
237
97-2
491
07-6
729
0413
460
481
2911
10
04-5
836
74-8
923
1-6
729
044
389
696
1220
05
03-4
314
01-2
415
03-6
729
0413
029
080
3010
11
04-5
941
46-7
875
8-6
729
043
795
550
1319
06
03-4
391
41-2
337
63-6
729
0412
589
939
3110
12
04-6
048
06-6
809
8-6
729
043
190
744
1419
07
03-4
470
20-2
258
84-6
729
0412
142
919
3209
01
05-6
156
57-5
724
7-6
729
042
575
087
1518
08
03-4
550
40-2
178
64-6
729
0411
687
879
3308
02
05-6
267
03-4
620
1-6
729
041
948
384
1617
09
03-4
632
04-2
097
00-6
729
0411
224
675
3410
03
05-6
379
47-3
495
7-6
729
041
310
437
1717
10
03-4
715
15-2
013
89-6
729
0410
753
160
3509
04
05-6
493
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351
1-6
729
0466
104
4
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11
03-4
799
75-1
929
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729
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05-6
610
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186
0-6
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TOTA
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226
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04-6
729
040
131
Tabl
a 31
Fl
ujo
de fo
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par
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1 co
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inic
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60
mes
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to$
177
323
98Pl
azo
60 m
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-05-
02
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215
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nual
Mor
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00
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uota
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($)
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($)
INT
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($)
CU
OT
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)SA
LDO
($)
124
06
02-1
668
74-3
181
49-4
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2317
565
525
1617
09
03-2
178
87-2
671
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2317
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10
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06-3
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495
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10
06-4
207
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233
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049
3907
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795
4006
09
05-3
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50-4
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232
299
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10
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4205
11
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01
07-4
517
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1-4
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231
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12
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02
07-4
598
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519
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2394
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0
4404
01
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154
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03
07-4
680
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2347
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4
4503
02
06-3
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201
04-4
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236
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04
07-4
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74-8
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-485
023
0
TOTA
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-18
628
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850
230
133
FLU
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DE
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2021
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5859
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FLU
JO D
E FO
ND
OS
2
FLU
JO D
E FO
ND
OS
3
171
33
135
Tabla 32 Flujo de fondos para la alternativa 2 con cuota inicial del 30 a 24 meses
Valor total del creacutedito $20533948 Plazo 24 meses Fecha 25-05-02
Intereacutes 2153 anual Mora 3100 anual Cuota mensual $-1060503
CUOTANo FECHA CAPITAL
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($)CUOTA
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4 220902 -730014 -330489 -1060503 17690189
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6 211102 -756445 -304059 -1060503 16190632
7 211202 -770016 -290487 -1060503 15420616
8 200103 -783832 -276672 -1060503 14636784
9 190203 -797895 -262608 -1060503 13838889
10 210303 -812211 -248293 -1060503 13026678
11 200403 -826783 -233720 -1060503 12199895
12 200503 -841617 -218886 -1060503 11358278
13 190603 -856717 -203786 -1060503 10501561
14 190703 -872088 -188416 -1060503 9629473
15 180803 -887735 -172769 -1060503 8741738
16 170903 -903662 -156841 -1060503 7838076
17 171003 -919875 -140628 -1060503 6918201
18 161103 -936379 -124124 -1060503 5981822
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Fl
ujo
de fo
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par
a la
alte
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231
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970
2015
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293
2114
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04-5
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09
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Tabla 35 Flujo de fondos para la alternativa 3 con cuota inicial del 30 a 24 meses
Valor total del creacutedito $20018056 Plazo 24 meses Fecha 25-05-02
Intereacutes 2153 anual Mora 3100 anual Cuota mensual $-1033859
CUOTANo FECHA CAPITAL
($)INTERES
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($)1 240602 -674702 -359157 -1033859 19343353
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4 220902 -711673 -322186 -1033859 17245743
5 221002 -724442 -309417 -1033859 16521301
6 211102 -737440 -296420 -1033859 15783861
7 211202 -750671 -283189 -1033859 15033190
8 200103 -764139 -269720 -1033859 14269051
9 190203 -777849 -256011 -1033859 13491202
10 210303 -791805 -242055 -1033859 12699397
11 200403 -806011 -227848 -1033859 11893386
12 200503 -820472 -213387 -1033859 11072914
13 190603 -835193 -198667 -1033859 10237721
14 190703 -850178 -183682 -1033859 9387543
15 180803 -865431 -168428 -1033859 8522112
16 170903 -880959 -152901 -1033859 7641153
17 171003 -896764 -137095 -1033859 6744389
18 161103 -912854 -121006 -1033859 5831535
19 161203 -929232 -104627 -1033859 4902303
20 150104 -945904 -87955 -1033859 3956399
21 140204 -962875 -70984 -1033859 2993524
22 150304 -980151 -53709 -1033859 2013373
23 140404 -997736 -36123 -1033859 1015637
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596
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603
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03-4
617
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979
33-7
596
4016
143
915
2712
08
04-6
358
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237
55-7
596
406
261
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1021
03
03-4
699
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896
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596
4015
673
923
2811
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04-6
472
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123
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614
424
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04
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24-2
812
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4015
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10
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589
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007
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11
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596
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06
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4014
212
747
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12
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11
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475
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915
323
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523
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11
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548
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926
63-5
475
4116
057
038
422
09
02-1
987
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488
35-5
475
4119
243
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12
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594
51-2
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475
4115
797
587
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10
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452
69-5
475
4119
041
727
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01
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641
06-2
834
35-5
475
4115
533
481
621
11
02-2
059
01-3
416
40-5
475
4118
835
826
2114
02
04-2
688
44-2
786
97-5
475
4115
264
637
721
12
02-2
095
95-3
379
46-5
475
4118
626
231
2215
03
04-2
736
68-2
738
73-5
475
4114
990
969
820
01
03-2
133
55-3
341
86-5
475
4118
412
876
2314
04
04-2
785
78-2
689
63-5
475
4114
712
391
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02
03-2
171
83-3
303
58-5
475
4118
195
693
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05
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835
76-2
639
65-5
475
4114
428
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210
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264
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475
4117
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588
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4114
140
151
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4117
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938
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536
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475
4113
846
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290
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475
4117
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484
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475
4113
547
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1319
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03-2
331
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47-5
475
4117
287
289
2811
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04-3
044
82-2
430
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475
4113
242
711
1419
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03-2
373
78-3
101
63-5
475
4117
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910
2911
10
04-3
099
45-2
375
96-5
475
4112
932
767
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416
37-3
059
04-5
475
4116
808
273
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11
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155
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320
35-5
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4112
617
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4112
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193
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416
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05-3
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4111
969
167
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06-4
268
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416
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475
4111
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06-4
345
29-1
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12-5
475
415
864
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05-3
387
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25-1
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16-5
475
415
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05-3
448
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414
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11-5
475
4110
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06-4
583
40-8
920
1-5
475
414
513
384
3708
06
05-3
573
28-1
902
13-5
475
4110
244
406
5201
09
06-4
665
63-8
097
8-5
475
414
046
821
3808
07
05-3
637
39-1
838
02-5
475
419
880
667
5301
10
06-4
749
34-7
260
7-5
475
413
571
886
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05-3
702
65-1
772
76-5
475
419
510
402
5431
10
06-4
834
55-6
408
6-5
475
413
088
431
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05-3
769
08-1
706
32-5
475
419
133
494
5530
11
06-4
921
29-5
541
2-5
475
412
596
302
4106
10
05-3
836
71-1
638
70-5
475
418
749
823
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12
06-5
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658
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475
412
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569
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418
359
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07-5
099
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475
411
585
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12
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499
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475
411
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06-4
046
95-1
428
46-5
475
417
557
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5930
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07-5
284
10-1
913
1-5
475
4153
789
0
4503
02
06-4
119
55-1
355
85-5
475
417
145
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6029
04
07-5
378
90-9
651
-547
541
0
TOTA
L-1
182
230
-21
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16-5
475
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1
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3233
3435
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3031
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60
FLU
JO D
E FO
ND
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2
FLU
JO D
E FO
ND
OS
3
200
18
144
Del anaacutelisis financiero que se le realizoacute a cada una de las alternativas de inversioacuten se puede
observar que la alternativa maacutes favorable para un posible inversionista es la alternativa 1
ya que es la maacutes econoacutemica y presenta un menor endeudamiento Por esta razoacuten se
trabajaraacute en adelante sobre la alternativa 1 baacutesicamente
Tabla 38 Costo total para la alternativa escogida
Costos
(USD$)
Montaje
(USD$)
VAN del mto
anual por
20 antildeos
(USD$)1
Valor
presente
(USD$)
Valor
presente
($)
Mto anual 2
de inversioacuten
inicial
Valor de
salvamento
15
8561 2158 2285 13004 30733037 260 46099561 VAN del flujo de caja por 20 antildeos utilizando una tasa de inflacioacuten del 7 anual
Tabla 39 Flujo de fondos proyectado para la alternativa escogida
Alternativa
1
($)
Meses Tasa
de
intereacutes
()
Cuota
inicial del
30
($)
Valor a
financiar
($)
Cuota
mensual
($)
Mto
mensual
($)
Costo
mensual
($)
30733037 Cuota
del
preacutestamo
24 179 9219911 21513126 1111074 5122173 1162296
Cuota
del
preacutestamo
36 179 9219911 21513126 816734 5122173 867596
Cuota
del
preacutestamo
60 179 9219911 21513126 588435 5122173 639656
145
Tabla 40 Flujo de fondos para la alternativa escogida con cuota inicial del 30 a 24
meses
Valor total del creacutedito $21513126 Plazo 24 meses Fecha 25-05-02
Intereacutes 2153 anual Mora 3100 anual Cuota mensual $-1111074
CUOTANo FECHA CAPITAL
($)INTERES
($)CUOTA
($)SALDO
($)1 240602 -725093 -385981 -1111074 207880332 240702 -738102 -372972 -1111074 20049930
3 230802 -751345 -359729 -1111074 19298585
4 220902 -764826 -346249 -1111074 18533759
5 221002 -778548 -332527 -1111074 17755212
6 211102 -792516 -318558 -1111074 16962695
7 211202 -806735 -304339 -1111074 16155960
8 200103 -821210 -289865 -1111074 15334750
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06-4
427
23-1
457
12-5
884
357
678
693
6029
04
07-5
780
63-1
037
1-5
884
350
TOTA
L-1
270
526
-22
600
82-5
884
350
149
FLU
JOS
DE
FO
ND
OS
PAR
A L
A A
LT
ER
NA
TIV
A E
SCO
GID
A
(mile
s de
CO
P $)
FLU
JO D
E FO
ND
OS
1
111
1
I=1
79
01
23
45
67
89
1011
1213
1415
1617
1819
2021
2223
24
215
13
816
I = 1
79
01
23
45
67
89
1011
1213
1415
1617
1819
2021
2223
2425
2627
2829
3031
3233
3435
36
2
151
3
588
I = 1
79
01
23
45
67
89
1011
1213
1415
1617
1819
2021
2223
2425
2627
2829
3031
3233
3435
3637
3839
4041
4243
4445
4647
4849
5051
5253
5455
5657
5859
60
215
13
FLU
JO D
E FO
ND
OS
2
FLU
JO D
E FO
ND
OS
3
150
53 VALOR DEL SERVICIO DE ENERGIacuteA ELEacuteCTRICA ACTUAL
La empresa que suministra la energiacutea eleacutectrica en la vereda Tibista es la Empresa de
Energiacutea de Boyacaacute A continuacioacuten se ilustra un flujo estimativo del costo de la energiacutea
eleacutectrica proyectado mensual y anualmente para los 20 antildeos de vida uacutetil que posee el
sistema conversor de energiacutea eoacutelica Se tiene un estrato 2 (bajo) que esta dentro de un rango
de 1 a 200kWh cuya tarifa por kilovatio hora es de $13544
En el anexo 4 se muestran las tarifas de energiacutea eleacutectrica que tiene la Empresa de Energiacutea
de Boyacaacute para el departamento de Boyacaacute y Casanare durante el mes de mayo de 2002
Tabla 43 Flujo del servicio de energiacutea eleacutectrica actual por 20 antildeos
Antildeo Inflacioacuten
Presupuestada ()
Valor de energiacutea
eleacutectrica mensual ($)
Valor de energiacutea
eleacutectrica antildeo ($)
01 75 26438 3172562 75 28421 3410523 75 30553 3666364 75 32844 3941285 75 35307 4236846 75 37955 4554607 75 40802 4896248 75 43862 5263449 75 47152 565824
10 75 50688 60825611 75 54490 65388012 75 58577 70292413 75 62970 75564014 75 67693 81231615 75 72770 87324016 75 78228 93873617 75 84095 100914018 75 90402 108482419 75 97182 116618420 75 104471 1253652
TOTAL 13738800
151
En el anexo 5 se ilustra la diagramacioacuten de los flujos de fondos donde se muestra el valor
presente neto y la tasa interna de retorno de la alternativa escogida comparaacutendola con el
pago de la energiacutea entregada por parte de la empresa de energiacutea de Boyacaacute (EBSA) durante
un periodo de 20 antildeos que es la vida uacutetil del aerogenerador empezando la comparacioacuten por
aquella en la que el pago es al cien por ciento del valor del equipo luego con una cuota
inicial del treinta por ciento y el saldo a 24 36 y 60 meses
54 COSTO DE LA ENERGIacuteA GENERADA CON VIENTO
Se explicaraacute la forma de llegar al valor monetario de la unidad de energiacutea eleacutectrica
generada el costo del kWh Los elementos constitutivos de este costo seraacuten en una primera
aproximacioacuten el costo del capital invertido en el sistema el costo de operacioacuten y
mantenimiento y el costo de reposicioacuten de equipos (banco de bateriacuteas) cada cinco antildeos
541 Costo de capital
El costo de capital prorrateado a lo largo de la vida uacutetil de la turbina y actualizando su
valor al momento de la inversioacuten puede evaluarse mediante la siguiente expresioacuten
n)i1(11
iEg
CIECC
++++minusminusminusminus
====
(1)
Donde
CC Costo del capital en [$kWh]
CIE Capital invertido [$] (sin incluir el costo de la bomba centriacutefuga)
Eg Energiacutea eleacutectrica generada en [kWh]
i tasa de intereacutes mensual
n Antildeos de vida uacutetil de la turbina 20 antildeos como estaacutendar de la industria eoacutelica
152
Respecto de la energiacutea generada a lo largo de un antildeo Eg debemos recurrir a una
aproximacioacuten de la energiacutea La forma de llegar a esta estimacioacuten seraacute mediante la siguiente
expresioacuten
7608FCPEg n==== (2)
Donde
Pn Potencia nominal del equipo [kW]
FC Factor de carga
8760 Cantidad de horas en un antildeo
El factor de carga representa el porcentaje de horas que en un antildeo la turbina estaacute entregando
la potencia nominal Este es funcioacuten de la velocidad media del viento de la distribucioacuten de
frecuencias y de la curva caracteriacutestica de la maacutequina Para turbinas de buena calidad la
NASA ha determinado empiacutericamente la siguiente curva para obtener este valor
Figura Factor de carga para aerogeneradores
Como se vio en el capitulo anterior la potencia nominal del equipo es de 15kW y se tiene
para la zona de estudio una velocidad media del viento de 57ms para esta velocidad se
observa en la figura que el factor de carga tiene un valor de 035 ahora se reemplaza este
valor en la ecuacioacuten (2) asiacute
876003515kWEg =
4599kWhEg =
153
Teniendo el valor de Eg se reemplaza este valor en la ecuacioacuten (1) asiacute
20)7911(11
791kWh5994
081181acute24$CC
++++minusminusminusminus
====
$315kWhCC ====
542 Costos de operacioacuten y mantenimiento
Siguiendo ahora con el anaacutelisis de costos de generacioacuten los gastos incurridos en la
operacioacuten y mantenimiento del equipo se consideran que son el 2 del capital total
invertido mientras que en los gastos en impuestos como el IVA (Impuesto de Valor
Agregado) se puede omitir gracias al decreto 2532 de 2001 a las leyes 697 de 2001 y 223
de 1995 que se explicaran en el siguiente capitulo 7 Por lo tanto
020Eg
CIECOM ==== (3)
020kWh5994
081181acute24$COM ====
kWh105$COM ====
543 Costo de reposicioacuten de equipos
Por otro lado el sistema autoacutenomo proveedor de energiacutea eleacutectrica debe disponer de una
fuente de almacenamiento para cubrir los huecos energeacuteticos en diacuteas de calma de viento por
lo que eacuteste debe ser considerado como un integrante maacutes del costo de generacioacuten Asiacute para
el banco de bateriacuteas se tendraacute que su costo prorrateado a lo largo de su vida uacutetil (5antildeos) n
y actualizado al momento de la inversioacuten seraacute
154
n)i1(11
iEg
VBBCRE
++++minusminusminusminus
==== (4)
Donde
CRE Costo del banco de bateriacuteas [$kWh]
VBB Valor del banco de bateriacuteas [$]
5)7911(11
791kWh5994
2516824$CRE
++++minusminusminusminus
====
kWh215$CRE ====
Finalmente el costo total de la unidad de energiacutea generada mediante el aerogenerador
CTEG seraacute la suma de las expresiones anteriores quedando
CRECOMCCCTEG ++++++++==== (5)
kWh)215$105$315($CTEG ++++++++====
kWh635$CTEG ====
CAPITULO 6
6 CONSIDERACIONES AMBIENTALES
Es indudable que cualquier tecnologiacutea produce un impacto sobre el medio ambiente
afectando a la comunidad y siendo en la mayoriacutea de los casos difiacutecil cuantificarlo o no hay
intereacutes en ello pero debe ser evaluado y considerado en toda toma de decisiones Se
analizaraacuten brevemente los diversos aspectos relacionados con la implantacioacuten de sistemas
conversores de energiacutea eoacutelica
61 ASPECTOS POSITIVOS20
Una gran parte de la contaminacioacuten de CO2 a nivel mundial es producido por las plantas
generadoras de electricidad de carboacuten y petroacuteleo
Tabla 44 Emisiones de CO2 en el mundo
Combustible kg de CO2 por GJ kg de CO2 por kg decombustible
Gasolina 73 320Fuelfracciones ligeras del
petroacuteleo74 316
Fracciones pesadas del petroacuteleo 78 315Gas natural (metano) 57 274
Carboacuten 95 233
20 Revista Mundo Eleacutectrico Colombiano No 37 Beneficios e intereses de la energiacutea eoacutelica Paacuteg 95 octubre-diciembre de 1999
156
Si los aerogeneradores desplazan la generacioacuten a carboacuten cada kWh generado por esta
tecnologiacutea evitaraacute lanzar al medio ambiente
bull 5 ndash 8 g de SO2
bull 3 ndash 6 g de NOX
bull 750 ndash 1250 g de CO2
bull 40 ndash 70 g de cenizas y escorias
Las nuevas plantas termoeleacutectricas a carboacuten cuentan con filtros que remueven casi todos los
contaminantes excepto el CO2 que continua saliendo en la misma cantidad Es de anotar
que el CO2 se acumula en la atmoacutesfera y tarda maacutes de 100 antildeos en degradarse
En la actualidad la preocupacioacuten por evitar la destruccioacuten del planeta ha propiciado que
muchos paiacuteses adelanten estudios para lograr una reduccioacuten a mediano plazo de la
produccioacuten de los residuos contaminantes anteriormente mencionados
El maacutes importante de estos estudios se realizoacute basaacutendose en el anaacutelisis hecho por el
Stockholm Enviroment Institute de Boston y un grupo de expertos en diferentes disciplinas
A pesar de utilizar presunciones convencionales en cuanto al crecimiento econoacutemico y
demograacutefico el estudio concluyoacute que es teacutecnicamente factible reducir a la mitad el actual
uso de combustibles foacutesiles para dentro de cuarenta antildeos La utilizacioacuten de petroacuteleo y de
otros combustibles foacutesiles seriacutea abandonados completamente dentro del proacuteximo siglo y la
energiacutea nuclear seriacutea abandonada para el antildeo 2010
El estudio demuestra que una combinacioacuten de mejoras baacutesicas en la eficiencia energeacutetica en
todos los sectores maacutes la introduccioacuten de una gama de energiacuteas renovables como la
energiacutea eoacutelica conduce a reducciones muy significativas en el impacto ambiental de los
combustibles foacutesiles sin ocasionar ninguacuten colapso econoacutemico Esto puede ser una prueba
de que en futuro energeacutetico sin combustibles foacutesiles y sin energiacutea nuclear puede ser una
realidad
157
62 BARRERAS21
621 Impacto visual
El factor visual es el maacutes difiacutecil de cuantificar por que es muy subjetivo algunas personas
objetan al ver los aerogeneradores otras no Los elementos maacutes importantes en el impacto
visual son el tipo de paisaje el nuacutemero de aerogeneradores y la forma en que los
aerogeneradores esteacuten colocados
622 Ruido
El ruido de las turbinas eoacutelicas es generado por componentes mecaacutenicos como es la caja
amplificadora de velocidades o aerodinaacutemicamente por las aspas El ruido puede ser
reducido por un buen disentildeo mantenimiento y aislamiento acuacutestico en el primer caso y con
turbinas de velocidad variable aspas delgadas y disentildeo aerodinaacutemico cuidadoso
Las autoridades puacuteblicas en todo el mundo utilizan la denominada escala dB(A) o
decibelios (A) para cuantificar las medidas de sonido Para tener una idea de la escala se
puede observar la siguiente tabla
Tabla 45 Ejemplo de la escala de decibelios dB(A)
Nivel del
sonido
Umbral de
audibilidad
Susurro Conversacioacuten Trafico
Urbano
Concierto
de rock
Reactor a 10m
de distancia
dB (A) 0 30 60 90 120 150
La escala de decibelios (A) mide la intensidad de sonido en todo el rango de las diferentes
frecuencias audibles (diferentes tonos) y posteriormente utiliza un sistema de ponderacioacuten
21 RODRIacuteGUEZ D Julio M La energiacutea eoacutelica Bogotaacute DC 1992 Universidad Nacional Ingenieriacutea eInvestigacioacuten
158
teniendo en cuenta el hecho de que el oiacutedo humano tiene una sensibilidad diferente a cada
frecuencia de sonido
Figura 35 Propagacioacuten del sonido y distancia
De acuerdo con estaacutendares internacionales los fabricantes de aerogeneradores suelen
especificar niveles teoacutericos de dB(A) que se originan en toda la superficie de la maacutequina y
de su rotor Este nivel suele oscilar entre 65 y 100 dB(A)
623 Uso de terreno
Las experiencias de las granjas eoacutelicas indican que se necesitan de 7 a 12 hectaacutereas por
MW instalado pero no maacutes del 5 de esa aacuterea es usada por las turbinas Sin embargo el
resto del terreno puede seguir siendo usado en labores agriacutecolas
63 PROTOCOLO DE KYOTO
El protocolo de Kyoto es un acuerdo adoptado en la tercera conferencia sobre cambio
climaacutetico de las Naciones Unidas celebrada en diciembre de 1997 en Kyoto(Japoacuten) Por
primera vez se fijaron cuotas para la reduccioacuten de las emisiones de gases causantes del
efecto invernadero Al tiempo que se estableciacutean compromisos se introdujeron los
mecanismos para flexibilizarlos
159
Otros compromisos previstos en este protocolo son
bull Los 38 principales paiacuteses industrializados se comprometen a reducir sus emisiones
de 6 gases perjudiciales para el clima en un 52 por debajo del nivel de 1990 este
objetivo deberaacute ser alcanzado entre el 2008 y 2012
bull Los Estados de Unioacuten Europea deben reducir sus emisiones en un 8 de este
porcentaje se preveacute para Alemania un 21
bull Se introducen nuevos y flexibles instrumentos para la proteccioacuten del clima como el
comercio de emisiones e inversiones en proyectos determinados en paiacuteses
industrializados y en desarrollo apropiados para reducir las emisiones de gases de
efecto invernadero
6311 Conferencias sobre la reduccioacuten de gases de efecto invernadero
bull 1ra Conferencia sobre el cambio climaacutetico
Berliacuten (Alemania) 1995 se firmoacute el llamado ldquoMandato de Berliacutenrdquo por representantes de
160 paiacuteses en donde se establece la voluntad de reducir los gases causantes del efecto
invernadero pero sin compromisos sobre cifras y plazos Se eligioacute la ciudad de Bonn
(Alemania) como sede de la secretariacutea permanente de la convencioacuten marco de la ONU
sobre el cambio climaacutetico
bull 2da Conferencia sobre el cambio climaacutetico
Ginebra (Suiza) 1996 asistieron 150 paiacuteses que asumieron la responsabilidad del factor
humano en el cambio climaacutetico reconociendo la necesidad de fijar un objetivo cuantitativo
para limitar la emisioacuten de gases de efecto invernadero por parte de los paiacuteses
industrializados
bull 3ra Conferencia de Kyoto
Kyoto (Japoacuten) 1997 tambieacuten llamado protocolo de Kyoto asistieron 155 naciones que al
firmar este acuerdo obliga a los paiacuteses industrializados a reducir sus emisiones de gases
dividiendo a estos paiacuteses en 8 grupos y obligando juriacutedicamente a frenar y reducir la
emisioacuten de seis gases que producen el efecto invernadero
160
Se establece que EEUU rebaje un 7 las emisiones de gases contaminantes Japoacuten un 6
la Unioacuten Europea un 8 Rusia un 0 y los Estados de Europa central y Oriental un 8
Estos gases son
CO2
Metano
Oacutexido nitroso
Hidrofluorocarbono
Perfluorocarbono
Sulfuro hexafluoruro
bull 4ta Conferencia de las partes de la convencioacuten marco sobre el cambio climaacutetico
Representantes de 170 paiacuteses aplazan hasta el antildeo 2000 la puesta en marcha del
Mecanismo de Desarrollo Limpio (MDL) acordado en el protocolo de Kyoto acordando
tambieacuten la presencia de organizaciones no gubernamentales en oacuterganos de negociacioacuten de
la convencioacuten del clima
bull 5ta Conferencia del clima
Bonn (Alemania) 1999 acuden 4000 delegados de 166 paiacuteses en donde se ponen en
evidencia las diferencias entre los paiacuteses industrializados y las naciones en desarrollo
bull 6ta Conferencia del clima
La Haya (Holanda) 2000 La reunioacuten fue un fracaso y se suspendioacute sin ninguacuten acuerdo
para precisar los mecanismos de aplicacioacuten del Protocolo de Kyoto los sumideros de
carbono el comercio de los derechos de emisioacuten y la financiacioacuten del mecanismo de
desarrollo limpio
bull 7ta Conferencia del clima (2ordf parte)
Bonn (Alemania) 2001 en esta reunioacuten se planteoacute la disyuntiva de si se enterraba o no el
protocolo de Kyoto este se salvoacute finalmente al anunciar la Unioacuten Europea que iba a
ratificarlo postura a la que se unioacute Japoacuten Sin embargo los EEUU se quedaron aislados
161
64 MECANISMOS DE DESARROLLO LIMPIO22
641 Gases de efecto invernadero
Entre los asuntos que se discutieron con mayor detenimiento y profundidad durante al
conferencia de Riacuteo de Janeiro de las Naciones Unidas sobre ldquoMedio Ambiente y
Desarrollordquo en 1992 y que fue objeto de la mayor preocupacioacuten figura la referente al
ldquoCambio climaacutetico globalrdquo De alliacute surgioacute la Convencioacuten de las Naciones Unidas sobre el
ldquoCambio Climaacuteticordquo suscrita por maacutes de 150 paiacuteses y vigente desde marzo de 1994
A traveacutes de este documento los paiacuteses signatarios se comprometieron a realizar los
inventarios de las fuentes y sumideros de los gases de efecto invernadero (GEI) asiacute como
adelantar programas de mitigacioacuten y a recopilar y dar a conocer informaciones
concernientes a las implementaciones que resultaren necesarias para cumplir con este
propoacutesito internacional
Por otra parte los paiacuteses industrializados a traveacutes de la misma convencioacuten asumieron el
liderazgo en la orientacioacuten de los esfuerzos para lograr la mitigacioacuten de los GEI y
proporcionar ayuda financiera a los paiacuteses en desarrollo que les permita cubrir los costos
que implique la realizacioacuten sobre los informes de la misma materia asiacute como los
incrementos de los costos para las implementaciones que decidan previo acuerdo mutuo
los paiacuteses en desarrollo y los paiacuteses industrializados en cumplimiento de los mismos
compromisos
La Convencioacuten Marco de las Naciones Unidas sobre el Cambio Climaacutetico (CMNUCC)
suscrita por 155 paiacuteses en Riacuteo de Janeiro (Brasil) en 1992 tiene como objetivo la
ldquoestabilizacioacuten de las concentraciones de los gases de efecto invernadero en la atmoacutesfera a
22 VERA O Carlos A Estudio de energizacioacuten rural con fuentes alternativas municipio de San Jose delGuaviare Bogotaacute DC 2001 Trabajo de grado (Ingeniero Electricista) Universidad de la Salle Facultad deIngenieriacutea Eleacutectrica
162
un nivel tal que se puedan evitar interferencias antropogeacutenicas peligrosas para el sistema
climaacuteticordquo (Art 2)
Las directrices para alcanzar esta meta incluyen que todos los paiacuteses que suscribieron el
convenio ldquodeberiacutean proteger el sistema climaacutetico para el beneficio de las generaciones
presentes y futuras de la humanidad sobre la base de la equidad y de acuerdo con sus
responsabilidades comunes pero diferenciadas y su respectiva capacidadrdquo y que ldquolas partes
deberiacutean tomar medidas preventivas para anticipar prevenir o minimizar las causas del
cambio climaacutetico y mitigar sus efectos adversosrdquo (Art 3)
Colombia adopto la CMNUCC el 9 de mayo de 1992 y el Congreso Nacional la aproboacute por
ley 164 de 1995 La Corte Suprema de Justicia la considero exequible y fue ratificada el 22
de marzo de 1995 entroacute en vigencia para el paiacutes el 20 de junio de 1995 Como paiacutes no
perteneciente al Anexo 1 tiene los compromisos generales establecidos para todas las
naciones que suscribieron la CMNUCC
Los paiacuteses industrializados del Anexo 1 estaacuten comprometidos a suministrar recurso
financieros para asistir a los paiacuteses en desarrollo en la preparacioacuten de sus
comunicaciones nacionales y transferir tecnologiacutea para que los paiacuteses en desarrollo
puedan cumplir con la implementacioacuten de sus programas de reduccioacuten de emisiones23
Dentro de este contexto la Academia Colombiana de Ciencias Exactas Fiacutesicas y Naturales
(ACCEFN) con el apoyo de la Sociedad Alemana de Cooperacioacuten Teacutecnica (GTZ) y el
aval del Ministerio del Medio Ambiente realizo durante 1995 y 1996 el inventario de
gases de efecto invernadero- Colombia 1990 Durante 1998 la ACCEFN realizo el estudio
Opciones para la reduccioacuten de emisiones de gases de efecto invernadero en Colombia
1998-2010
23 Estudio de estrategia nacional para la implementacioacuten de mecanismos de desarrollo limpio para Colombia
163
642 Emisiones de CO2
El total de CO2 emitido en Colombia en 1990 fue de 167046Gg es decir una emisioacuten
anual per capita de 52 Tonhab Las principales fuentes fueron Cambio de Uso de la Tierra
y silvicultura especialmente tala y quema del bosque y Sector Energiacutea (quema de
combustibles)
Los sectores que presentaron una mayor participacioacuten en la emisioacuten de CO2 por el consumo
de combustibles foacutesiles (45448Gg) fueron el transporte con 328 energiacutea e industrias de
transformacioacuten con 302 y la industria manufacturera con 233 Estos tres sectores
tienen una participacioacuten del 863 en la generacioacuten de emisiones de CO2
0
5
10
15
20
25
30
35TransporteEnergiacuteaIndustria manofactureraResidencialOtrosComercialIndustrialConstruccioacuten
Figura 36 Emisiones sectoriales de CO2 en Colombia para 1990
643 Evolucioacuten de los mecanismos de Kyoto en las negociaciones de cambio
climaacutetico
En la tercera conferencia de las partes en Kyoto (Japoacuten) los paiacuteses lograron introducir
sistemas de derechos negociables los llamaron Mecanismos de Flexibilidad con el
objetivo de reducir sus costos de cumplir las metas de reduccioacuten de Gases Efecto
Invernadero (GEI)
164
Los costos de cumplimiento de las metas en ausencia de los mecanismos son altos Para
EEUU por ejemplo el costo incremental llegaraacute a US$76 por la uacuteltima tonelada de CO2
reducida Japoacuten enfrenta un costo en casa de US$239
Posteriormente estos niveles de precios fueron corregidos por las incertidumbres sobre la
entrada en vigencia del protocolo la probabilidad que los Certificados de Reduccioacuten de
Emisiones (CRE) se puedan transferir por una tasa de intereacutes del 5 para reflejar el costo
de oportunidad de realizar una inversioacuten hoy El rango de precios resultante fue 19
US$Ton CO2 Hasta la fecha se han aprobado 114 proyectos dentro de la fase piloto de las
actividades implementadas conjuntamente desde que empezoacute el programa en abril de 1995
El intereacutes general y objetivo de Kyoto frente al mecanismo de Desarrollo Limpio (MDL)
es promover el desarrollo sostenible en paiacuteses en viacutea de desarrollo y ayudar a los paiacuteses
industrializados a alcanzar sus metas de reduccioacuten de emisiones
65 LICENCIA AMBIENTAL PARA EL PROYECTO
Las autoridades competentes que expiden la licencia ambiental necesaria para llevar a cabo
un proyecto de estas caracteriacutesticas dependiendo de la jurisdiccioacuten en que estas tengan
derechos son las Corporaciones Autoacutenomas Regionales (ver anexo 6)
La Corporacioacuten Autoacutenoma Regional que tiene bajo su jurisdiccioacuten la vereda Tibista zona
rural del municipio de Saboyaacute es la CAR (Corporacioacuten Autoacutenoma Regional de
Cundinamarca) regional Ubateacute-Suaacuterez seccional Chiquinquiraacute esta seccional exige el
diligenciamiento de una solicitud de licencia ambiental (ver anexo 7) y posteriormente una
visita de sus funcionarios que observaraacuten el sitio del montaje de los equipos para obtener la
aprobacioacuten final de la licencia
CAPITULO 7
7 MARCO LEGAL Y TRIBUTARIO
Para entender mejor lo que se podraacute presentar en Colombia con respecto a los impuestos y
exenciones tributarias se debe conocer lo que sucede en otros paiacuteses del mundo en la
materia
71 INCENTIVOS INTERNACIONALES PARA LA ENERGIacuteA EOacuteLICA24
Particularmente en paiacuteses industrializados y de acuerdo con el protocolo de Kyoto
diversos gobiernos han implementado o planean implementar poliacuteticas e incentivos para
promover el desarrollo de energiacuteas limpias
711 Incentivos fiscales
Dentro de esta categoriacutea se encuentran los incentivos de inversioacuten particularmente los
impuestos de creacuteditos de inversioacuten son usualmente maacutes bajos al reducirse estos bajan los
costos del inversionista por medio de su ahorro
712 Depreciacioacuten acelerada
La depreciacioacuten acelerada de un equipo eoacutelico (por ejemplo alcanzando el 100 de
depreciacioacuten de una turbina en el primer antildeo de operacioacuten) bajaraacute significativamente la
24 OROZCO P Andreacutes Viabilidad teacutecnica y econoacutemica de la instalacioacuten de granjas eoacutelicas para suministro deenergiacutea eleacutectrica en Colombia Bogotaacute DC 1999 Trabajo de grado (Ingeniero Eleacutectrico) Universidad de losAndes Facultad de Ingenieriacutea Eleacutectrica
166
cantidad de impuestos pagados durante el estado inicial del proyecto esto alivia en parte
los elevados costos de capital al inicio de una planta eoacutelica
713 Subsidios
Existen muchas razones por las que el pago en efectivo puede ayudar a la promocioacuten de la
energiacutea eoacutelica muchas veces el pago de efectivo para la instalacioacuten de un sistema de
energiacutea eoacutelica es maacutes beneacutefico a un potencial inversor que tiene una renta de base limitada
para tomar completa ventaja de un creacutedito de inversioacuten Este tipo de incentivo ayuda a un
inversor privado al reducir el gravamen ya que la porcioacuten subsidiada de la planta de
potencia no es grabada
714 Pagos en efectivo por kWh
Estos pagos son similares en naturaleza a los subsidios de inversioacuten aunque el gobierno
paga al generador una cierta cantidad de dinero por kWh producido este incentivo no
solamente ayuda a un inversionista a construir un parque eoacutelico sino que estimula la
produccioacuten de electricidad
715 Exenciones arancelarias
Son otras formas de incentivos a la inversioacuten los gobiernos pueden reducir o eliminar la
cantidad de aranceles para la importacioacuten de la turbina esto baja efectivamente el costo de
capital y el costo inicial del proyecto ya que la mayoriacutea de los costos de un proyecto eoacutelico
provienen de la inversioacuten de capital inicial
716 Renuncia del uso de derechos impuestos de propiedad de la tierra
Se usa para reducir los costos involucrados con la inversioacuten inicial de un parque eoacutelico
Una cantidad significativa de tierra es necesaria para el desarrollo de un proyecto grandes
167
cantidades de tierra estaacuten asociadas con impuestos maacutes altos o derechos por el uso de esa
tierra ademaacutes en muchas instancias los impuestos de propiedad estaacuten basados en el valor
de las facilidades sobre la propiedad Comparada con plantas de combustible foacutesil las
plantas eoacutelicas estaacuten valoradas en una tasa mucho mayor y estaacuten sujetas a pagar maacutes altos
impuestos eliminando o reduciendo los derechos o impuestos sobre la tierra donde se ubica
la granja eoacutelica se bajaran los costos del proyecto
72 FINANCIACIOacuteN
La energiacutea renovable para muchas instituciones es considerada de alto riesgo debido a la
cualidad intermitente de la fuente de energiacutea muchos gobiernos garantizan preacutestamos dan
subsidio efectivamente maacutes bajos que las tasas de intereacutes que los inversionistas deben
pagar u ofrecen preacutestamos de bajo intereacutes Estos incentivos financieros para inversiones de
capital ayudan a aliviar los pagos que el operador del parque debe pagar en los primeros
antildeos del proyecto
73 REGULACIONES AMBIENTALES
731 Emisiones normalizadas
Muchas naciones desarrolladas que tienen poliacuteticas concernientes a la degradacioacuten
ambiental han formulado una serie de normas acerca de las emisiones para elevar la
calidad del aire a traveacutes de sus paiacuteses Estas medidas usualmente se representan en la forma
de capas de emisioacuten donde un cierto nivel de polucioacuten es permitido por la ley y maacutes allaacute de
este se toma alguna medida punitiva
732 Impuestos de emisioacuten
Muchos paiacuteses han desincentivado la construccioacuten y operacioacuten de plantas de potencia
polucionales tomando en cuenta impuestos sobre emisiones entre maacutes emisiones se
168
presentan en la atmoacutesfera se deben pagar maacutes impuestos La reduccioacuten de las emisiones a
un nivel oacuteptimo puede no ser el eacutexito primario de los impuestos sin embargo se elevan las
rentas estatales que pueden ser usadas para prevenir o controlar otros dantildeos al medio
ambiente o para implementar fuentes de energiacutea limpia
733 Raacutepida aprobacioacuten de proyectos ambientales
Esta poliacutetica se da para incentivar los proyectos energeacuteticos renovables en la medida en
que los proyectos son maacutes raacutepidamente aprobados maacutes raacutepido se puede comenzar a
construir y obtener beneficios
74 PROGRAMAS VOLUNTARIOS
741 Eliminacioacuten de subsidios para el combustible convencional
Muchos gobiernos subsidian en una forma u otra el combustible convencional como Diesel
Esos subsidios bajan artificialmente los costos asociados con generacioacuten de potencia
convencional Eliminando estos subsidios la energiacutea renovable seraacute maacutes competitiva y en
algunos casos menos costosa que la convencional
75 PAIacuteSES EN LOS QUE SE ESTIMULA EL USO DE ENERGIacuteA EOacuteLICA Y TIPO
DE ESTIacuteMULO25
bull Alemania Subsidios financiacioacuten subsidian en efectivo y precios preferenciales
depreciacioacuten acelerada reducciones y exenciones sobre los costos del inversor
rebajas en impuestos
25 OROZCO P Andreacutes Viabilidad teacutecnica y econoacutemica de la instalacioacuten de granjas eoacutelicas para suministro deenergiacutea eleacutectrica en Colombia p 97 Bogotaacute DC 1999 Trabajo de grado (Ingeniero Eleacutectrico) Universidadde los Andes Facultad de Ingenieriacutea Eleacutectrica
169
bull Argentina Presenta como incentivos fiscales la renuncia a los deberes de
importacioacuten
bull Brasil Exencioacuten de los impuestos temporales ademaacutes otorga creacuteditos a la
produccioacuten
bull Canadaacute Incentivos a los impuestos de inversioacuten
bull China Reduccioacuten de los deberes tributarios del inversionista reembolso de los
impuestos de renta y aprobacioacuten raacutepida de los proyectos ambientales
bull Dinamarca Subsidios en parte de los costos creacuteditos subsidios en efectivo
ademaacutes se presentan impuestos al carboacuten
bull Estados Unidos Creacuteditos de inversioacuten creacuteditos en efectivo a la produccioacuten con
respecto al medio ambiente se tienen en cuenta impuestos a la emisioacuten
bull Filipinas Exenciones en deberes a los inversionistas
bull Francia Como regulaciones ambientales el paiacutes cuenta con impuestos a las
emisiones
bull Gran Bretantildea Contratos a largo teacutermino
bull Holanda Depreciacioacuten acelerada impuestos al carboacuten
bull Indonesia Subsidios de capital
bull Italia Precio preferencial contratos a largo teacutermino
bull Japoacuten Impuestos a la emisioacuten
bull Meacutexico Depreciacioacuten acelerada
76 REGULACIOacuteN DE LAS ENERGIacuteAS ALTERNATIVAS EN COLOMBIA
En Colombia se promueve y se estimula el uso de fuentes alternativas de energiacutea por
medio de las disposiciones que adopta el gobierno nacional a traveacutes de sus entidades
gubernamentales de la siguiente manera
170
761 Ley 697 de octubre de 2001
LeyNo Proyecto De Ley Autor Ponentes
697Mediante el cual se fomenta el uso racional y eficientede la energiacutea se promueve la utilizacioacuten de energiacuteas
alternativas y se dictan otras disposiciones
SamuelMorenoRojas
Manuel GuillermoInfante Hugo Serrano
German Rojas
Esta ley a traveacutes de los artiacuteculos 1deg 2deg 4deg 7deg 9deg y 10deg promueve el uso racional de
energiacutea como la utilizacioacuten de las fuentes renovables Asiacute
Artiacuteculo 1deg Declaacuterase el Uso Racional y Eficiente de la Energiacutea (URE) como un asunto de
intereacutes social puacuteblico y de conveniencia nacional fundamental para asegurar el
abastecimiento energeacutetico pleno y oportuno la competitividad de la economiacutea colombiana
la proteccioacuten al consumidor y la promocioacuten del uso de energiacuteas no convencionales de
manera sostenible con el medio ambiente y los recursos naturales
Artiacuteculo 2deg El Estado debe establecer las normas e infraestructura necesarias para el cabal
cumplimiento de la presente ley creando la estructura legal teacutecnica econoacutemica y
financiera necesaria para lograr el desarrollo de proyectos concretos URE a corto
mediano y largo plazo econoacutemica y ambientalmente viables asegurando el desarrollo
sostenible al tiempo que generen la conciencia URE y el conocimiento y utilizacioacuten de
formas alternativas de energiacutea
Artiacuteculo 4deg Entidad responsable El Ministerio de Minas y Energiacutea seraacute la entidad
responsable de promover organizar asegurar el desarrollo y el seguimiento de los
programas de uso racional y eficiente de la energiacutea de acuerdo a lo dispuesto en la presente
ley y cuyo objetivo es
1 Promover y asesorar los proyectos URE presentados por personas naturales o
juriacutedicas de derecho puacuteblico o privado de acuerdo con los lineamientos del
programa de Uso Racional y Eficiente de la Energiacutea y demaacutes formas de energiacutea no
convencionales (PROURE) estudiando la viabilidad econoacutemica financiera
tecnoloacutegica y ambiental
2 Promover el uso de energiacuteas no convencionales dentro del programa de Uso
Racional y Eficiente de la Energiacutea y demaacutes formas de Energiacutea no Convencionales
(PROURE) estudiando la viabilidad tecnoloacutegica ambiental y econoacutemica
171
Artiacuteculo 7deg Estiacutemulos y sanciones
1 Para la investigacioacuten El Gobierno Nacional propenderaacute por la creacioacuten de
programas de investigacioacuten en el Uso Racional y Eficiente de la Energiacutea a traveacutes de
Colciencias seguacuten lo establecido en la Ley 29 de 1990 y el Decreto 393 de 1991
2 Para la educacioacuten El Icetex beneficiaraacute con el otorgamiento de preacutestamos a los
estudiantes que quieran estudiar carreras o especializaciones orientados en forma
especiacutefica a aplicacioacuten en el campo URE
3 Reconocimiento Puacuteblico El Gobierno Nacional crearaacute distinciones para personas
naturales o juriacutedicas que se destaquen en el aacutembito nacional en aplicacioacuten del URE
las cuales se otorgaraacuten anualmente El Ministerio de Minas y Energiacutea daraacute amplio
despliegue a los galardonados en los medios de comunicacioacuten maacutes importantes del
paiacutes
4 Generales El Gobierno Nacional estableceraacute los incentivos e impondraacute las
sanciones de acuerdo con el programa de uso racional y eficiente de la energiacutea y
demaacutes formas de energiacutea no convencionales de acuerdo a las normas legales
vigentes
Artiacuteculo 9deg Promocioacuten del uso de fuentes no convencionales de energiacutea El Ministerio de
Minas y Energiacutea formularaacute los lineamientos de las poliacuteticas estrategias e instrumentos para
el fomento y la promocioacuten de las fuentes no convencionales de energiacutea con prelacioacuten en las
zonas no interconectadas
Artiacuteculo 10degdegdegdeg El Gobierno Nacional a traveacutes de los programas que se disentildeen incentivaraacute y
promoveraacute a las empresas que importen o produzcan piezas calentadores paneles solares
generadores de biogaacutes motores eoacutelicos yo cualquier otra tecnologiacutea o producto que use
como fuente total o parcial las energiacuteas no convencionales ya sea con destino a la venta
directa al puacuteblico o a la produccioacuten de otros implementos orientados en forma especiacutefica a
proyectos en el campo URE de acuerdo a las normas legales vigentes
762 Ley 223 de diciembre de 1995
Ley No Entidad Emisora Fecha
223 Congreso de la Repuacuteblica Diciembre 20 de 1995
172
Con esta ley a traveacutes de su artiacuteculo 4to se excluye del impuesto de valor agregado (IVA) a
equipos destinados a promover las energiacuteas renovables Asiacute
Articulo 4deg Bienes excluidos del impuesto Quedan excluidos del IVA los siguientes
bienes
Numeral 4 Los equipos y elementos nacionales o importados que se destinen a la
construccioacuten instalacioacuten montaje y operacioacuten de sistemas de control y monitoreo
necesarias para el cumplimiento de las disposiciones regulaciones y estaacutendares ambientales
vigentes para la cual deberaacute acreditarse tal condicioacuten ante el Ministerio del Medio
Ambiente
763 Decreto 2532 de noviembre de 2001
Decreto No Entidad Emisora Fecha
2532 Ministerio de Hacienda y Creacutedito Publico Noviembre 27 de 2001
Este decreto al igual que la ley 223 de 1995 a traveacutes de los artiacuteculos 1deg 2deg 3deg y 4deg
excluye del impuesto de valor agregado (IVA) a los equipos de energiacuteas alternativas Asiacute
Artiacuteculo 1ordm Requisitos para solicitar la exclusioacuten de Impuesto sobre las Ventas El
Ministerio del Medio Ambiente mediante resolucioacuten estableceraacute la forma y requisitos como
han de presentarse a su consideracioacuten las solicitudes de calificacioacuten de que tratan los
artiacuteculos 424-5 numeral 4ordm y 428 literal f del Estatuto Tributario con miras a obtener la
exclusioacuten de Impuesto sobre las ventas correspondiente
Artiacuteculo 2ordm Definicioacuten de sistema de control ambiental sistema de monitoreo ambiental y
programa ambiental Para efectos de lo dispuesto en el artiacuteculo 424-5 numeral 4 y 428
literal f del Estatuto Tributario se adoptan las siguientes definiciones
1 Sistema de control ambiental Es el conjunto ordenado de equipos elementos o
maquinaria nacionales o importados seguacuten sea el caso que se utilizan para el
desarrollo de acciones destinadas al logro de resultados medibles y verificables de
disminucioacuten de la demanda de recursos naturales renovables o de prevencioacuten yo
reduccioacuten del volumen yo mejoramiento de la calidad de residuos liacutequidos
173
emisiones atmosfeacutericas o residuos soacutelidos Los sistemas de control pueden darse al
interior de un proceso o actividad productiva lo que se denomina control ambiental
en la fuente yo al finalizar el proceso productivo en cuyo caso se hablaraacute de
control ambiental al final del proceso
2 Sistema de monitoreo ambiental Es el conjunto sistemaacutetico de elementos
equipos o maquinaria nacionales o importados seguacuten sea el caso destinados a la
obtencioacuten verificacioacuten o procesamiento de informacioacuten sobre el estado calidad o
comportamiento de los recursos naturales renovables variables o paraacutemetros
ambientales vertimientos residuos yo emisiones
3 Programa ambiental Es el conjunto de acciones orientadas al desarrollo de los
planes y poliacuteticas ambientales nacionales previstas en el Plan Nacional de
Desarrollo yo formuladas por el Ministerio del Medio Ambiente asiacute como tambieacuten
las que correspondan a la implementacioacuten de los planes ambientales regionales
definidos por las autoridades ambientales Dichas acciones deben ajustarse a los
objetivos de los sistemas de control y monitoreo ambiental definidos conforme con
el presente decreto
Artiacuteculo 3ordm Elementos o equipos que son objeto del beneficio tributario previsto en el
artiacuteculo 424-5 numeral 4ordm El Ministerio del Medio Ambiente certificaraacute en cada caso los
elementos equipos y maquinaria que de conformidad con el artiacuteculo 424-5 numeral 4 del
Estatuto Tributario esteacuten destinados a la construccioacuten instalacioacuten montaje y operacioacuten de
sistemas de control y monitoreo ambiental para el cumplimiento de las disposiciones
regulaciones y estaacutendares ambientales vigentes
Artiacuteculo 4ordm Exclusioacuten del IVA en aplicacioacuten del artiacuteculo 428 literal f del Estatuto
Tributario El Ministerio del Medio Ambiente certificaraacute en cada caso que la maquinaria y
equipo a que hace referencia el artiacuteculo 428 literal f del Estatuto Tributario sea destinada a
sistemas de control ambiental y especiacuteficamente a reciclar y procesar basuras o
desperdicios (la maquinaria comprende lavado separado reciclado y extrusioacuten) para la
depuracioacuten o tratamiento de aguas residuales emisiones atmosfeacutericas o residuos soacutelidos
para recuperacioacuten de los riacuteos o el saneamiento baacutesico para lograr el mejoramiento del
medio ambiente siempre y cuando hagan parte de un programa que se apruebe por el
174
Ministerio del Medio Ambiente asiacute como sobre los equipos para el control y monitoreo
ambiental incluidos aquellos para cumplir los compromisos del Protocolo de Montreal
8 CONCLUSIONES
Gracias a la realizacioacuten del presente trabajo se pudo determinar que la utilizacioacuten de la
energiacutea eoacutelica para la generacioacuten de energiacutea eleacutectrica en zonas donde exista el potencial
eoacutelico suficiente en todo el territorio nacional es una alternativa que puede ser confiable
desde el punto de vista teacutecnico para las zonas apartadas del paiacutes que no esteacuten conectadas al
sistema interconectado nacional Esto se debe a que el desarrollo constante de la tecnologiacutea
hace que los sistemas conversores de energiacutea eoacutelica sean cada vez maacutes eficientes
Se determinoacute un lugar especiacutefico en el cual se aplicoacute la utilizacioacuten de la energiacutea eoacutelica
dicho lugar fue la Vereda Tibista zona rural del Municipio de Saboyaacute ubicado en el
departamento de Boyacaacute se encontroacute que esta zona presenta un potencial eoacutelico suficiente
del orden de 57ms lo que hace posible la instalacioacuten de un aerogenerador de 15kW con
respaldo de un banco de bateriacuteas Se dejoacute un sistema flexible el cual pueda estar sometido a
futuras ampliaciones o conexiones de equipos agriacutecolas como lo son equipos de ordentildeo
para ganado sistemas automaacuteticos de riego bebedores automaacuteticos para ganado
invernaderos motosierras etc Todo esto con el fin de tener autosuficiencia es decir que
se pueda generar su propia energiacutea eleacutectrica
Dentro del desarrollo del trabajo se encontroacute un buen nuacutemero de fabricantes
internacionales de aerogeneradores de baja potencia principalmente en Estados Unidos y
Espantildea En Colombia existen empresas como AQUAIRE ECOPRODUCTOS COHISCOL
LTDA que se dedican a la importacioacuten de estos equipos para todo el territorio nacional
Desde el punto de vista econoacutemico el proyecto no es atractivo para este lugar especifico
debido al bajo costo del kWh que suministra EBSA Este proyecto seriacutea maacutes rentable si se
realizara en zonas no interconectadas comparaacutendolo con otras alternativas como los es la
177
generacioacuten con un equipo diesel o haciendo la comparacioacuten con el costo que se generariacutea
tender redes del sistema de transmisioacuten nacional
En el estudio econoacutemico realizado al sistema conversor de energiacutea eoacutelica se tuvieron en
cuenta tres alternativas de inversioacuten diferentes tomando en cuenta ciertos aspectos como
una inversioacuten inicial baja y una financiacioacuten a 24 36 y 60 meses del valor restante de los
equipos a traveacutes de una entidad bancaria
Escogiendo asiacute la alternativa maacutes econoacutemica y rentable esto con el fin de plantear una
solucioacuten para un posible inversionista y dejar en claro que la opcioacuten de generar energiacutea
eleacutectrica a traveacutes de un sistema conversor de energiacutea eoacutelica es tambieacuten una solucioacuten
factible A pesar de las caracteriacutesticas anteriores resultariacutea maacutes rentable si se tuviera un
aerogenerador de mayor capacidad y se conectaran varios usuarios a dicho sistema
El mercado y las nuevas tecnologiacuteas asiacute como la necesidad de un futuro en que la
generacioacuten de energiacutea eleacutectrica sea una industria que no termine con los recursos naturales
y por otra parte aporte a la conservacioacuten del medio ambiente hace que los paiacuteses
desarrollados se fortalezcan en perfeccionar las tecnologiacuteas de fabricacioacuten de los sistemas
conversores de energiacutea eoacutelica y por ende sea maacutes factible econoacutemicamente su aplicacioacuten en
paiacuteses en proceso de desarrollo tecnoloacutegicamente como lo es Colombia Por todo ello se
logra cumplir el objetivo primordial que se busca en la presentacioacuten de este proyecto
suministrar de manera eficaz en la vereda Tibista zona rural de Saboyaacute energiacutea eleacutectrica
por medio de un aerogenerador de baja potencia sin alterar el ecosistema natural
Ademaacutes se tiene que Colombia en su marco regulatorio de las energiacuteas renovables cuenta
con ciertas leyes como lo son la ley 697 de octubre de 2001 223 de diciembre de 1995 y
el decreto 2532 de noviembre de 2001 que fomentan el uso racional de energiacutea y permiten
la exencioacuten del pago de algunos impuestos sobre la importacioacuten de equipos que esteacuten
destinados a instalaciones que utilicen energiacuteas alternativas
177
Es necesario que el gobierno tome medidas para la disminucioacuten del costo de importacioacuten de
materiales para los diferentes tipos de energiacutea alternativa buscando ofrecer al paiacutes nuevas
opciones de uso y aprovechamiento de energiacuteas limpias
Tambieacuten se establecioacute que el aumento progresivo y creacioacuten de nuevos impuestos no
convierte en una oportunidad viable la importacioacuten de nuevas alternativas en el sector
eleacutectrico por el contrario ello dificulta y atrasa la utilizacioacuten de fuentes renovables en el
paiacutes creando un riesgo en el beneficio de dichas fuentes Sin embargo se espera que en el
transcurrir del tiempo esta tecnologiacutea se expanda y evolucione reduciendo los costos de
fabricacioacuten y se logre que la importacioacuten del producto ya terminado como de las materias
primas sea maacutes atractiva haciendo posible en un futuro la fabricacioacuten y ensamblaje en el
paiacutes
9 RECOMENDACIONES
Para determinar la viabilidad teacutecnica en un sitio determinado es necesario realizar las
mediciones a nivel vertical sobre dicho sitio mas exactamente a 10m de la superficie como
miacutenimo ya que la velocidad del viento varia con la altura y con la posicioacuten de obstaacuteculos
alrededor del lugar Ademaacutes implementar el desarrollo de programas de valorizacioacuten del
recurso eoacutelico en lugares donde sea viable el estudio logrando asiacute una posible
implementacioacuten de los sistemas conversores de energiacutea eoacutelica tanto para generar energiacutea
eleacutectrica como para sistemas de aerobombeo
Utilizar fuentes no convencionales de energiacutea como lo puede ser la energiacutea eoacutelica la
energiacutea solar la biomasa etc para electrificar zonas donde la red eleacutectrica no exista por su
alto costo o por su difiacutecil acceso tambieacuten se recomienda utilizar estas fuentes de energiacutea en
sistemas donde es importante tener una continuidad en el servicio como por ejemplo
sistemas de comunicaciones y microondas
Buscar por medio de los gobiernos municipales departamentales y del gobierno nacional
la eliminacioacuten de impuestos estos por lo menos durante la mitad de la vida uacutetil del
aerogenerador ya que ello ayudariacutea a disponer de creacuteditos blandos para una futura
implementacioacuten Estas liacuteneas de creacutedito y financiacioacuten deben ser a largo plazo y un intereacutes
maacutes bajo que el manejado a nivel bancario logrando asiacute hacer una recuperacioacuten de capital
maacutes pronto y por ello haciendo maacutes llamativa la inversioacuten
Crear programas de investigacioacuten con otras facultades o entidades gubernamentales que
permitan realizar proyectos enfocados hacia la preservacioacuten de los recursos no renovables y
del medio ambiente utilizando las energiacuteas no convencionales
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Anexo 2 Ubicacioacuten geograacutefica de la estacioacuten metereoloacutegicaldquoALTO SABOYAacuterdquo
Anexo 3 Regiacutemenes de vientos de la estacioacuten ldquoALTO SABOYAacuterdquo de antildeos anteriores a 1997
Anexo 4 Tarifas de energiacutea eleacutectrica para Boyacaacute y Casanare durante el mes de mayo de 2002
RANGO DE Subsidio (-) oacute NIVEL DE TENSION
ESTRATO CONSUMO TARIFA CU(1) Contribucioacuten (2) CONCEPTO TARIFA Contribucioacuten (2) TARIFA Subsidio1 Entre 1 y 200 kWh 11287 22574 -50 NIVEL DE TENSION 1 (menor a 1 kilovoltio)
(Bajo Bajo) Mayor de 200 kWh 22574 22574 0 ACTIVA PLANA (00 a 24 horas) 27088 20 22574 02 Entre 1 y 200 kWh 13544 22574 -40 - Distritos o Asociaciones de Riego -- -- 11287 -50
(Bajo) Mayor de 200 kWh 22574 22574 0 ACTIVA DIFERENCIAL DOBLE (Una Punta)3 Entre 1 y 200 kWh 19188 22574 -15 - Horas Punta (17 a 21 horas) 32968 20 27473 0
(Medio Bajo) Mayor de 200 kWh 22574 22574 0 - Horas Fuera de Punta (00 a 17 y 21 a 24 horas) 24605 20 20504 04 ACTIVA DIFERENCIAL DOBLE (Dos Puntas)
(Medio) - Horas Punta (09 a 12 y 18 a 21 horas) 29355 20 24462 05 - Horas Fuera de Punta (00 a 09 12 a 18 y 21 a 24 horas) 24880 20 20734 0
(Medio Alto) ACTIVA DIFERENCIAL TRIPLE6 - Horas Demanda Miacutenima (00 a 05 horas) 22823 20 19019 0
(Alto) - Horas Demanda Media (05 a 17 y 21 a 24 horas) 25199 20 20999 0- Horas Demanda Maacutexima (17 a 21 horas) 32968 20 27473 0
RANGO DE Subsidio (-) oacute REACTIVA (00 a 24 horas) 27088 20 22574 0 ESTRATO CONSUMO TARIFA CU(1) Contribucioacuten (2) NIVEL DE TENSION 2 (entre 1 y 30 kilovoltios)
1 2 3 y 4 Mayor de 0 kWh 22574 22574 0 ACTIVA PLANA (00 a 24 horas) 21208 20 17674 0 5 y 6 Mayor de 0 kWh 27088 22574 20 - Distritos o Asociaciones de Riego -- -- 8837 -50
ACTIVA DIFERENCIAL DOBLE (Una Punta)COMPONENTES DEL COSTO UNITARIO DE PRESTACION DEL SERVICIO - Horas Punta (17 a 21 horas) 23778 20 19815 0
- Horas Fuera de Punta (00 a 17 y 21 a 24 horas) 20199 20 16832 0ACTIVA DIFERENCIAL DOBLE (Dos Puntas)- Horas Punta (09 a 12 y 18 a 21 horas) 22458 20 18715 0
Concepto Nivel Tensioacuten 1 2 3 4 - Horas Fuera de Punta (00 a 09 12 a 18 y 21 a 24 horas) 20241 20 16868 0 Generacioacuten G mt 5785 5785 5785 5785 ACTIVA DIFERENCIAL TRIPLE Transmisioacuten T mtz 1569 1569 1569 1569 - Horas Demanda Miacutenima (00 a 05 horas) 18878 20 15732 0 Peacuterdidas Reconocidas PR nt 1475 710 506 353 - Horas Demanda Media (05 a 17 y 21 a 24 horas) 20639 20 17199 0 Distribucioacuten D nm 8360 4170 2407 1070 - Horas Demanda Maacutexima (17 a 21 horas) 23778 20 19815 0 Otros Costos O mt 1358 1358 1358 1358 REACTIVA (00 a 24 horas) 21208 20 17674 0 Comercializacioacuten C mt 4229 4229 4229 4229 NIVEL DE TENSION 3 (entre 30 y 62 kilovoltios)
Costo Unitario CU nmt 22574 17674 15740 14281 ACTIVA PLANA (00 a 24 horas) 18888 20 15740 0ACTIVA DIFERENCIAL DOBLE (Una Punta) Horas Punta (17 a 21 horas) 20777 20 17314 0 Horas Fuera de Punta (00 a 17 y 21 a 24 horas) 18122 20 15102 0ACTIVA DIFERENCIAL DOBLE (Dos Puntas)
Horas Punta (09 a 12 y 18 a 21 horas) 19747 20 16456 0
Oficina Atencioacuten al Cliente Tunja 9800 918710 Horas Fuera de Punta (00 a 09 12 a 18 y 21 a 24 horas) 18171 20 15142 0
Oficina Atencioacuten al Cliente Yopal 9800 912870 ACTIVA DIFERENCIAL TRIPLE
Oficina Atencioacuten al Cliente Sogamoso 9800 918730 Horas Demanda Miacutenima (00 a 05 horas) 17709 20 14758 0
Oficina Atencioacuten al Cliente Duitama 9800 918720 Horas Demanda Media (05 a 17 y 21 a 24 horas) 18226 20 15188 0
Oficina Atencioacuten al Cliente Chiquinquiraacute 9800 918740 Horas Demanda Maacutexima (17 a 21 horas) 20777 20 17314 0
Oficina Atencioacuten al Cliente Pto Boyacaacute 9801 918750 REACTIVA (00 a 24 horas) 18888 20 15740 0
EMPRESA DE ENERGIacuteA DE BOYACAacute S A E S PTARIFAS DE ENERGIA ELECTRICA
APLICABLES A CONSUMOS EN EL MERCADO REGULADO DE BOYACA Y CASANARE DURANTE EL MES DE MAYO DE 2002
SECTOR RESIDENCIAL SECTOR NO RESIDENCIAL
PESOSKILOVATIO-HORA COMERCIAL E INDUSTRIAL OFICIAL Y ESPECIAL
Mayor de 0 kWh 22574 22574 0
Mayor de 0 kWh 27088 22574 20
Mayor de 0 kWh 27088 22574 20
AREAS COMUNESPESOSKILOVATIO-HORA
Vig
ilada
Sup
erin
tend
ecia
de
Serv
icio
s P
uacuteblic
os D
omic
ilari
os
(3) Para el Sector No Residencial el CU nmt es igual a la Tarifa Oficial en la Opcioacuten Tarifaria yo Franja Horaria
Caacutelculo Conforme a Resoluciones CREG 031 y 079 de 1997 116 de 2000 112 y 159 de 2001 (1) Costo Unitario de Prestacioacuten del Servicio (2) Factor de Contribucioacuten sobre el CU nmt al Fondo de Solidaridad y Redistribucioacuten de Ingresos
C UG T
P RD O Cn m t
m t m t z
n tn m m t m t
( )= +
minus+ + +
1
EVOLUCION MENSUAL DEL CPS CLIENTES REGULADOSDiciembre 2000 CUmt
NIVEL Gmt Tmtz Dnm Omt Cmt Calculado Variacioacuten
I 44919821 11366156 79556569 29462014 29900037 000
II 44919821 11366156 38888327 29462014 29900037 000
III 44919821 11366156 22444137 29462014 29900037 000
IV 44919821 11366156 9979921 29462014 29900037 000
Enero 2001 CUmt
NIVEL Gmt Tmtz Dnm Omt Cmt Calculado Variacioacuten
I 45874203 10375163 78465258 29994350 33663141 086
II 45874203 10375163 38746256 29994350 33663141 259
III 45874203 10375163 22362142 29994350 33663141 296
IV 45874203 10375163 9943461 29994350 33663141 331
Febrero 2001 CUmt
NIVEL Gmt Tmtz Dnm Omt Cmt Calculado Variacioacuten
I 47257800 11077231 79872648 29042251 34016237 244
II 47257800 11077231 39441227 29042251 34016237 406
III 47257800 11077231 22763239 29042251 34016237 438
IV 47257800 11077231 10121812 29042251 34016237 132
Marzo 2001 CUmt
NIVEL Gmt Tmtz Dnm Omt Cmt Calculado Variacioacuten
I 48986379 12061200 81293190 27188267 34660651 408
II 48986379 12061200 40142693 27188267 34660651 146
III 48986379 12061200 23168086 27188267 34660651 139
IV 48986379 12061200 10301829 27188267 34660651 133
Abril 2001 CU mt
NIVEL G mt T mtz D nm O mt C mt Calculado Variacioacuten
I 50039414 10789328 82069228 20111691 35173462 -281
II 50039414 10789328 40525902 20111691 35173462 -242
III 50039414 10789328 23389252 20111691 35173462 -307
IV 50039414 10789328 10400172 20111691 35173462 -240
Mayo 2001 CU mt
NIVEL G mt T mtz D nm O mt C mt Calculado Variacioacuten
I 51012094 11708212 83246437 16797767 35577085 -259
II 51012094 11708212 41107209 16797767 35577085 -260
III 51012094 11708212 23724750 16797767 35577085 -041
IV 51012094 11708212 10549353 16797767 35577085 -301
Junio 2001 CU mt
NIVEL G mt T mtz D nm O mt C mt Calculado Variacioacuten
I 51866974 11156097 83930402 15508129 35727023 -264
II 51866974 11156097 41444952 15508129 35727023 -289
III 51866974 11156097 23919676 15508129 35727023 -085
IV 51866974 11156097 10636028 15508129 35727023 -058
Julio 2001 CU mt
NIVEL G mt T mtz D nm O mt C mt Calculado Variacioacuten
I 52180336 11670543 83831753 21308814 35741476 048
II 52180336 11670543 41396239 21308814 35741476 114
III 52180336 11670543 23891561 21308814 35741476 382
IV 52180336 11670543 10623527 21308814 35741476 463
Agosto 2001 CU mt
NIVEL G mt T mtz D nm O mt C mt Calculado Variacioacuten
I 52683151 11389505 83785717 25743688 35780356 266
II 52683151 11389505 41373506 25743688 35780356 398
III 52683151 11389505 23878441 25743688 35780356 317IV 52683151 11389505 10617693 25743688 35780356 351
Septiembre-01 CU mtNIVEL G mt T mtz D nm O mt C mt Calculado Variacioacuten
I 53248511 870 10993397 -885 84035627 337 25961599 -451 35873533 350 302
II 53248511 107 10993397 -348 41496912 030 25961599 085 35873533 026 036
III 53248511 107 10993397 -348 23949664 030 25961599 085 35873533 026 037IV 53248511 107 10993397 -348 10649363 030 25961599 085 35873533 026 037
Octubre-01 CU mtNIVEL G mt T mtz D nm O mt C mt Calculado Variacioacuten
I 53740843 092 11488452 450 84114546 009 22905985 -1177 36006723 037 519
II 53740843 201 11488452 087 41535883 009 22905985 -1102 36006723 037 -106
III 53740843 201 11488452 087 23972156 009 22905985 -1102 36006723 037 -121IV 53740843 201 11488452 087 10659364 009 22905985 -1102 36006723 037 -136
Noviembre-01 CU mtNIVEL G mt T mtz D nm O mt C mt Calculado Variacioacuten
I 54969891 229 11371207 -102 83765987 -041 16196000 -2929 36072371 018 -259
II 54969891 229 11371207 -102 41363764 -041 16196000 -2929 36072371 018 -329
III 54969891 229 11371207 -102 23872819 -041 16196000 -2929 36072371 018 -368IV 54969891 229 11371207 -102 10615193 -041 16196000 -2929 36072371 018 -404
Diciembre-01 CU mtNIVEL G mt T mtz D nm O mt C mt Calculado Variacioacuten
I 54493122 -087 11945663 505 83667338 -012 10293558 -3644 36114531 012 -525
II 54493122 -087 11945663 505 41315051 -012 10293558 -3644 36114531 012 -669
III 54493122 -087 11945663 505 23844704 -012 10293558 -3644 36114531 012 -749IV 54493122 -087 11945663 505 10602692 -012 10293558 -3644 36114531 012 -824
EVOLUCION MENSUAL DEL CPS CLIENTES REGULADOSDiciembre-01 CU mt
NIVEL G mt T mtz D nm O mt C mt Calculado Variacioacuten
I 54493122 11945663 83667338 10293558 36114531 II 54493122 11945663 41315051 10293558 36114531 III 54493122 11945663 23844704 10293558 36114531 IV 54493122 11945663 10602692 10293558 36114531
Enero 2002 CUmt
NIVEL Gmt Tmtz Dnm Omt Cmt Calculado Variacioacuten
I 55408548 168 11428968 -433 82226014 -172 8301668 -1935 40772331 1290 081
II 55408548 168 11428968 -433 41017642 -072 8301668 -1935 40772331 1290 176
III 55408548 168 11428968 -433 23673057 -072 8301668 -1935 40772331 1290 208
IV 55408548 168 11428968 -433 10526368 -072 8301668 -1935 40772331 1290 239
Febrero 2002 CUmt
NIVEL Gmt Tmtz Dnm Omt Cmt Calculado Variacioacuten
I 56306160 162 15364140 3443 82580492 043 9419452 1346 41097439 080 356
II 56306160 162 15364140 3443 41194470 043 9419452 1346 41097439 080 421
III 56306160 162 15364140 3443 23775112 043 9419452 1346 41097439 080 464
IV 56306160 162 15364140 3443 10571747 043 9419452 1346 41097439 080 504
Marzo 2002 CUmt
NIVEL Gmt Tmtz Dnm Omt Cmt Calculado Variacioacuten
I 56372387 012 16350737 642 82831849 030 11970285 2708 41613252 210
II 56372387 012 16350737 642 41319857 030 11970285 2708 41613252 256
III 56372387 012 16350737 642 23847478 030 11970285 2708 41613252 284
IV 56372387 012 16350737 642 10603925 030 11970285 2708 41613252 310
Abril de 2002 CU mt
NIVEL G mt T mtz D nm O mt C mt Calculado Variacioacuten
I 55332060 -185 15490183 -526 83283003 054 12763344 663 41907335 071 -031
II 55332060 -185 15490183 -526 41544911 054 12763344 663 41907335 071 213
III 55332060 -185 15490183 -526 23977366 054 12763344 663 41907335 071 231
IV 55332060 -185 15490183 -526 10661681 054 12763344 663 41907335 071 765
Mayo de 2002 CU mt
NIVEL G mt T mtz D nm O mt C mt Calculado Variacioacuten
I 57854106 456 15692856 131 83598810 038 13575945 637 42289963 091 181
II 57854106 456 15692856 131 41702448 038 13575945 637 42289963 091 466
III 57854106 456 15692856 131 24068288 038 13575945 637 42289963 091 271
IV 57854106 456 15692856 131 10702110 038 13575945 637 42289963 091 1080
Junio 2002 CU mt
NIVEL G mt T mtz D nm O mt C mt Calculado Variacioacuten
I 0000000 -10000
II 0000000 -10000
III 0000000 -10000
IV 0000000 -10000
Julio 2002 CU mt
NIVEL G mt T mtz D nm O mt C mt Calculado Variacioacuten
I 0000000 -10000
II 0000000 -10000
III 0000000 -10000
IV 0000000 -10000
Agosto 2002 CU mt
NIVEL G mt T mtz D nm O mt C mt Calculado Variacioacuten
I 0000000 -10000
II 0000000 -10000
III 0000000 iexclDIV0IV 0000000 iexclDIV0
Septiembre-02 CU mtNIVEL G mt T mtz D nm O mt C mt Calculado Variacioacuten
I 0000000 -10000
II 0000000 iexclDIV0
III 0000000 iexclDIV0IV 0000000 iexclDIV0
Octubre-02 CU mtNIVEL G mt T mtz D nm O mt C mt Calculado Variacioacuten
I 0000000 -10000
II 0000000 iexclDIV0
III 0000000 iexclDIV0IV 0000000 iexclDIV0
Noviembre-02 CU mtNIVEL G mt T mtz D nm O mt C mt Calculado Variacioacuten
I 0000000 iexclDIV0
II 0000000 iexclDIV0
III 0000000 iexclDIV0IV 0000000 iexclDIV0
Diciembre-02 CU mtNIVEL G mt T mtz D nm O mt C mt Calculado Variacioacuten
I 0000000 iexclDIV0
II 0000000 iexclDIV0
III 0000000 iexclDIV0IV 0000000 iexclDIV0
Anexo 6 Corporaciones autoacutenomas regionales de Colombia
Anexo 7 Formulario para la solicitud de licencia ambiental
Anexo 1 Ubicacioacuten geograacutefica de la vereda Tibista
Anexo 5 Flujos de fondos para la alternativa escogida
- Factibilidad teacutecnica y econoacutemica para el suministro de energiacutea eleacutectrica en zona rural de Saboyaacute departamento de Boyacaacute por medio de aerogeneracioacuten a baja potencia
-
- Citacioacuten recomendada
-
- FACTIBILIDAD TECNICA Y ECONOMICA PARA EL SUMINISTRO DE ENERGIA ELECTRICA EN ZONA RURAL DE SABOYAacute DEPARTAMENTO DE BOYACA POR
-
FACTIBILIDAD TEacuteCNICA Y ECONOacuteMICA PARA EL SUMINISTRO DEENERGIacuteA ELEacuteCTRICA EN ZONA RURAL DE SABOYAacute DEPARTAMENTO DE
BOYACAacute POR MEDIO DE AEROGENERACIOacuteN A BAJA POTENCIA
HENRY ROLANDO MARTIacuteNEZ CAROJUAN CARLOS CHAPARRO MARROQUIacuteN
Monografiacutea para optar al tiacutetulo deIngenieros Electricistas
DirectorFABIO ALDANA MEacuteNDEZ
Ingeniero Mecaacutenico
UNIVERSIDAD DE LA SALLE
FACULTAD DE INGENIERIacuteA ELEacuteCTRICA
BOGOTAacute DC
2002
Nota de aceptacioacuten
______________________________________
______________________________________
______________________________________
______________________________________ Director del proyecto
Ing Fabio Aldana Meacutendez
______________________________________ Jurado
Ing Ramoacuten F Antolinez
______________________________________ Jurado
Ing Jose de Jesuacutes Diacuteaz
Bogotaacute DC 8 de octubre de 2002
iii
Ni la universidad ni el director del proyecto ni el jurado calificador
son responsables de las ideas expuestas por los graduandos
iv
A Dios por la esperanza
A mis padres por su amor y apoyo
A mis hermanos por su amistad
A Angeacutelica y Alejandrolos adoro
Henry Rolando Martiacutenez Caro
A Dios por darme la paciencia y la suerte de culminar mi carrera
A mis padres por darme la vida y su apoyo incondicional
A mis hermanos por su compantildeiacutea en gran parte de mi vida
A mi novia por su amor y compantildeiacutea
A mis amigos y compantildeeros de la universidad por su amistad
Juan Carlos Chaparro Marroquiacuten
v
CONTENIDO
paacuteg
LISTA DE FIGURAS xiii
LISTA DE FOTOS xv
LISTA DE TABLAS xvi
LISTA DE ANEXOS xviii
RESUMEN xix
INTRODUCCIOacuteN xx
PREAacuteMBULO xxi
1 HISTORIA DE LA ENERGIacuteA EOacuteLICA
26
11 EL PIONERO DE LA ENERGIacuteA EOacuteLICA POUL LA COUR 26
111 Los aerogeneradores de La Cour 27
112 La revista de electricidad eoacutelica 27
12 PIONEROS DE LA ENERGIacuteA EOacuteLICA 1940-1950 28
121 Las turbinas de FL Smidth 28
13 PIONEROS DE LA ENERGIacuteA EOacuteLICA 1950 ndash 1980 29
131 Johannes Juul y el aerogenerador de Gedser 29
132 Las turbinas Nibe 31
14 AEROGENERADORES A PARTIR DE LOS 80 31
141 Disentildeos competitivos de turbinas 32
142 La maacutequina Twind 33
143 El gran torrente eoacutelico de California 34
15 INDUSTRIA EOacuteLICA ACTUAL 35
2 RECURSOS EOacuteLICOS 39
21 FUENTE DE LA ENERGIacuteA EOacuteLICA 39
211 Vientos locales vientos de montantildea 40
22 LA ENERGIacuteA EN EL VIENTO DENSIDAD DEL AIRE Y AacuteREA DE
BARRIDO DEL ROTOR 41
221 Densidad del aire 41
222 Aacuterea de barrido del rotor 42
23 LOS AEROGENERADORES DESVIacuteAN EL VIENTO 42
231 Tubo de corriente de aire 43
232 Tubo de corriente de aire ciliacutendrico 43
24 LA POTENCIA DEL VIENTO ES PROPORCIONAL AL CUBO DE LA
VELOCIDAD DEL VIENTO 44
25 MEDICIOacuteN DE LA VELOCIDAD DEL VIENTO ANEMOacuteMETROS 45
26 MEDICIONES DE LA VELOCIDAD DEL VIENTO EN LA PRAacuteCTICA 46
261 Informacioacuten empiacuterica 46
262 Anemoacutemetros totalizadores 47
263 Meacutetodo de correlacioacuten 48
27 RUGOSIDAD DEL TERRENO 49
271 Clase y longitud de rugosidad 49
28 VARIABILIDAD DE LA VELOCIDAD DEL VIENTO 51
281 Variabilidad del viento a corto plazo 51
282 Variaciones diurnas (noche y diacutea) del viento 51
29 OBSTAacuteCULOS AL VIENTO 52
291 Resguardo tras los obstaacuteculos 53
210 EFECTOS ACELERADORES 53
2101 Efecto tuacutenel 53
2102 Efecto de la colina 54
3 ASPECTOS TEOacuteRICOS 57
31 TECNOLOGIacuteA DE AEROGENERADORES 57
311 Eje 57
3111 Aerogeneradores de eje horizontal 57
3112 Aerogeneradores de eje vertical 57
312 Rotor 59
3121 Maacutequinas con rotor a barlovento 59
3122 Maacutequinas con rotor a sotavento 60
313 Nuacutemero de aspas 61
3131 Tripala 61
3132 Bipala (oscilantebasculante) 61
3133 Monopala 63
314 Generador 64
3141 Generadores de corriente continua 64
3142 Generadores de excitacioacuten o siacutencronos 65
3143 Generadores de induccioacuten o asiacutencronos 65
3144 Voltaje generado (tensioacuten) 65
3145 Sistema de refrigeracioacuten 66
3146 Opciones de disentildeo en generadores y conexioacuten a red 66
315 Sistema de transmisioacuten 66
3151 Sistema de transmisioacuten sin engranajes 67
3152 Sistema de transmisioacuten con engranajes 67
316 Torres 67
3161 Torres tubulares de acero 68
3162 Torres de celosiacutea 68
3163 Torres de maacutestil tensadas con cables de acero 69
317 Sistema eleacutectrico 70
3171 Conexioacuten a la red de las turbinas 71
32 EXTRACCIOacuteN DE POTENCIA 72
321 Potencia maacutexima uacutetil extraiacuteda al viento 74
3211 La ley de Betz 74
3212 Demostracioacuten de la ley de Betz 74
4 ANAacuteLISIS TEacuteCNICO 77
41 DETERMINACIOacuteN DEL SITIO 77
411 Saboyaacute (Boyacaacute) 77
412 Vereda Tibista 78
42 METODOLOGIacuteA GENERAL PARA LA REALIZACIOacuteN DEL
PROYECTO 78
421 Estudio del potencial eoacutelico 79
4211 Estacioacuten ldquoAlto Saboyaacuterdquo 79
4212 Anaacutelisis del reacutegimen de vientos 80
422 Modelamiento matemaacutetico para calcular la entrega de energiacutea eoacutelica 84
423 Estimacioacuten del consumo tiacutepico para vivienda rural 86
4231 Caacutelculo de la bomba eleacutectrica 87
424 Anaacutelisis para el desempentildeo del aerogenerador 89
4241 Aerogenerador de 1kW 89
4242 Aerogenerador de 15kW 91
4243 Aerogenerador de 3kW 92
425 Caacutelculo del banco de bateriacuteas 95
426 Caacutelculo del inversor 97
427 Caacutelculo del regulador 98
428 Montaje final del sistema conversor de energiacutea eoacutelica 99
43 MANUAL DE INSTALACIOacuteN OPERACIOacuteN Y MANTENIMIENTO
DEL AEROGENERADOR 102
431 Instalacioacuten 102
4311 Voltaje del sistema 102
4312 Instalacioacuten de la torre (localizacioacuten tipo y altura) 102
4313 Adquirir el tamantildeo del banco de bateriacuteas adecuado 103
4314 Seleccioacuten del lugar para instalar el banco de bateriacuteas 103
4315 Instalar el tablero de control (EZ-WIRE) y el transformador 104
4316 Instalar y conectar el disipador de carga 105
4317 Montar el interruptor de frenado 105
4318 Instalar el inversor y conectarlo al banco de bateriacuteas 106
4319 Instalar los conductores desde el extremo de la torre al transformador y
despueacutes al tablero de control 106
43110 Pruebas eleacutectricas para el aerogenerador 106
43111 Conectar los conductores y montar el aerogenerador en la torre 107
43112 Prueba del cableado del aerogenerador al tablero de control 108
43113 Instalar el timoacuten o cola 110
43114 Instalar las aspas y la nariz 111
43115 Izar la torre siguiendo las instrucciones del fabricante con el interruptor de
frenado en posicioacuten ldquoONrdquo 111
44 OPERACIOacuteN NORMAL 112
441 Controles y caracteriacutesticas del tablero de control 112
4411 Seccioacuten de control 112
4412 Seccioacuten del sistema de monitoreo 112
442 Operacioacuten del regulador automaacutetico de carga 114
4421 Luz indicador de regulacioacuten 114
4422 Posicioacuten de flotacioacuten 114
443 Iniciar el aerogenerador 115
4431 Operacioacuten de la heacutelice del aerogenerador 115
444 Encienda el inversor 115
445 Consumo de electricidad propia 115
45 MANTENIMIENTO 116
451 Mensual 116
4511 Revisar el interruptor de seguridad (para revisar el cableado eleacutectrico) 116
4512 Revisar el estado mecaacutenico observar y escuchar desde la base de la torre 117
4513 Inspeccionar la torre 117
452 Anual 118
4521 Revisar el banco de bateriacuteas 118
4522 Si es necesario realizar la carga de igualacioacuten de la bateriacutea 118
4523 Escalar la torre o bajarla y hacer una revisioacuten mecaacutenica total del
aerogenerador 119
4524 Registro de mantenimiento 119
5 ANAacuteLISIS ECONOacuteMICO 120
51 COSTOS DEL SISTEMA CONVERSOR DE ENERGIacuteA EOacuteLICA 120
511 Costos privados 121
5111 Costo de inversioacuten 121
51111 Costos de montaje 123
5112 Costos de explotacioacuten 124
52 ANAacuteLISIS FINANCIERO DEL PROYECTO 124
521 Anaacutelisis financiero para cada alternativa 126
53 VALOR DEL SERVICIO DE ENERGIacuteA ELEacuteCTRICA ACTUAL 150
54 COSTO DE LA ENERGIacuteA GENERADA CON VIENTO 151
541 Costo de capital 151
542 Costos de operacioacuten y mantenimiento 153
543 Costo de reoposicioacuten de equipos 153
6 CONSIDERACIONES AMBIENTALES 155
61 ASPECTOS POSITIVOS 155
62 BARRERAS 157
621 Impacto Visual 157
622 Ruido 157
623 Uso de terreno 158
63 PROTOCOLO DE KYOTO 158
631 Conferencias sobre la reduccioacuten de gases de efecto invernadero 159
64 MECANISMOS DE DESARROLLO LIMPIO 161
641 Gases de efecto invernadero 161
642 Emisiones de CO2 163
643 Evolucioacuten de los mecanismos de Kyoto en las negociaciones de cambio
climaacutetico 163
65 LICENCIA AMBIENTAL PARA EL PROYECTO 164
7 MARCO LEGAL Y TRIBUTARIO 165
71 INCENTIVOS INTERNACIONALES PARA LA ENERGIacuteA EOacuteLICA 165
711 Incentivos fiscales 165
712 Depreciacioacuten acelerada 165
713 Subsidios 166
714 Pagos en efectivo por kWh 166
715 Exenciones arancelarias 166
716 Renuncia del uso de derechos impuestos de propiedad de la tierra 166
72 FINANCIACIOacuteN 167
73 REGULACIONES AMBIENTALES 167
731 Emisiones normalizadas 167
732 Impuestos de emisioacuten 167
733 Raacutepida aprobacioacuten de proyectos ambientales 168
74 PROGRAMAS VOLUNTARIOS 168
741 Eliminacioacuten de subsidios para el combustible convencional 168
75 PAIacuteSES EN LOS QUE SE ESTIMULA EL USO DE ENERGIacuteA EOacuteLICA
Y TIPO DE ESTIMULO 168
76 REGULACIOacuteN DE LAS ENERGIacuteAS ALTERNATIVAS EN COLOMBIA 169
761 Ley 697 de octubre de 2001 170
762 Ley 223 de diciembre de 1995 171
763 Decreto 2532 de noviembre de 2001 172
8 CONCLUSIONES 175
9 RECOMENDACIONES 178
BIBLIOGRAFIacuteA 179
ANEXOS 182
LISTA DE FIGURAS
paacuteg
Figura 1 El aerogenerador de Gedser 30
Figura 2 Crecimiento de la energiacutea eoacutelica en el mundo 35
Figura 3 Caracterizacioacuten de los vientos en una montantildea 40
Figura 4 Representacioacuten del aacuterea barrida por un rotor 41
Figura 5 Desviacioacuten del viento producida por un aerogenerador 42
Figura 6 Corriente de aire en tubo ciliacutendrico 43
Figura 7 Graacutefica de la relacioacuten de potencia especiacutefica del viento con la velocidad
del viento 44
Figura 8 Anemoacutemetro de cazoletas 45
Figura 9 Anemoacutemetro de recorrido 48
Figura 10 Ejemplo de la variabilidad de la velocidad de viento de un sitio
determinado 51
Figura 11 Ejemplo de la variacioacuten diaria del viento de un sitio determinado 52
Figura 12 Vista lateral de la corriente de viento alrededor de un obstaacuteculo 52
Figura 13 Vista superior de la corriente de aire alrededor de un obstaacuteculo 53
Figura 14 Representacioacuten graacutefica del efecto tuacutenel 54
Figura 15a Representacioacuten graacutefica del efecto de la colina 55
Figura 15b Vista lateral del efecto de la colina 55
Figura 16 Aerogenerador de tres aspas 61
Figura 17a Aerogenerador de dos aspas 62
Figura 17b Aerogenerador de dos aspas con rotor basculante 62
Figura 18a Aerogenerador de una aspa 63
Figura 18b Disposicioacuten del contrapeso de un aerogenerador monopala 63
Figura 19 Disposicioacuten tiacutepica de elementos de un aerogenerador 64
xiii
Figura 20 Caracterizacioacuten del viento para la extraccioacuten de potencia en un
aerogenerador 72
Figura 21 Potencia maacutexima extraiacuteda del viento 76
Figura 22 Ubicacioacuten del municipio de Saboyaacute (Boyacaacute) 78
Figura 23 Velocidad anual del viento en la vereda Tibista (ms) 81
Figura 24 Velocidad mensual del viento en la vereda Tibista (ms) 82
Figura 25 Velocidad diaria del viento en la vereda Tibista (ms) 82
Figura 26 Velocidad horaria del viento en la vereda Tibista (ms) 83
Figura 27 Probabilidad de Weibull para la vereda Tibista 86
Figura 28 Curva de rendimiento de bombas centriacutefugas 88
Figura 29 Curva de potencia tiacutepica de un aerogenerador de 1kW 89
Figura 30 Curva de potencia tiacutepica de un aerogenerador de 15kW 91
Figura 31 Curva de potencia tiacutepica de un aerogenerador de 3kW 92
Figura 32 Banco de Bateriacuteas serie-paralelo 96
Figura 33 Montaje del sistema conversor de energiacutea eoacutelica 99
Figura 34 Modelo de flujo de caja 125
Figura 35 Propagacioacuten del sonido y distancia 159
Figura 36 Emisiones sectoriales de CO2 en Colombia para 1990 164
xiv
LISTA DE FOTOS
paacuteg
Foto 1 Poul la Cour y su esposa Christine 26
Foto 2 Aerogeneradores de la Cour 27
Foto 3 Turbina bipala de FL Smidth 28
Foto 4 Turbina tripala de FL Smidth 29
Foto 5 Aerogenerador de Johannes Juul 29
Foto 6 Aerogenerador de Gedser reacondicionado por la NASA 31
Foto 7 Aerogenerador de Riisager 32
Foto 8 Aerogenerador Darrieus de eje vertical 33
Foto 9 Aerogenerador Twind de 2MW 33
Foto 10 Granja eoacutelica en Palm Springs (California) 34
Foto 11 Aerogenerador NEG MICON de 15 MW 36
Foto 12 Superficie terrestre (tomada de un sateacutelite de la NASA NOAA-7
en julio de 1984) 39
Foto 13 Aacuterbol deformado a causa de la incidencia del viento 46
Foto 14 Paisaje llano correspondiente a una rugosidad de 05 50
Foto 15 Maacutequina Darrieus 58
Foto 16 Aerogenerador con rotor a barlovento 59
Foto 17 Aerogenerador con rotor a sotavento 60
Foto 18 Torres tubulares de acero 68
Foto 19 Aerogenerador con torre de celosiacutea 69
Foto 20 Aerogenerador con torre de maacutestil tensado 69
Foto 21 Inversor de 24VCD a 120VCA 97
xv
LISTA DE TABLAS
paacuteg
Tabla 1 Potencia eoacutelica en el mundo al 2002 36
Tabla 2 Potencia eoacutelica instalada en Europa (2002) 37
Tabla 3 Potencia eoacutelica instalada en Norte Ameacuterica (2002) 37
Tabla 4 Potencia eoacutelica instalada en Asia (2002) 37
Tabla 5 Potencia eoacutelica instalada en Aacutefrica (2002) 38
Tabla 6 Potencia eoacutelica instalada en Ameacuterica del Sur y Centroameacuterica (2002) 38
Tabla 7 Potencia eoacutelica instalada en Oceaniacutea (2002) 38
Tabla 8 Escala de Beaufort para la intensidad de viento 47
Tabla 9 Clase y longitud de rugosidad 50
Tabla 10 Tamantildeo tiacutepico de aerogeneradores y su velocidad de rotacioacuten 60
Tabla 11 Datos geograacuteficos de la estacioacuten metereoloacutegica 79
Tabla 12 Direccioacuten predominante y velocidad media diaria del viento en ms
para la estacioacuten ldquoALTO SABOYAacuterdquo 80
Tabla 13 Relaciones generales entre viabilidad y velocidad de viento para su uso
como fuente de energiacutea 84
Tabla 14 Consumo tiacutepico de energiacutea eleacutectrica en la zona de estudio 87
Tabla 15 Bomba Centriacutefuga 88
Tabla 16 Desempentildeo de un aerogenerador de 1kW para la vereda Tibista 90
Tabla 17 Desempentildeo de un aerogenerador de 15kW para la vereda Tibista 91
Tabla 18 Desempentildeo de un aerogenerador de 3kW para la vereda Tibista 93
Tabla 19 Aerogeneradores de 15kW 94
Tabla 20 Bateriacuteas de 220Ah 96
Tabla 21 Inversores de 24VCD a 120VCA 97
Tabla 22 Regulador de 100A 98
xvi
Tabla 23 Alternativa de inversioacuten 1 122
Tabla 24 Alternativa de inversioacuten 2 122
Tabla 25 Alternativa de inversioacuten 3 123
Tabla 26 Costos de montaje del sistema eoacutelico 123
Tabla 27 Costo final de las alternativas 124
Tabla 28 Flujo de caja proyectado para las 3 alternativas 128
Tabla 29 Flujo de caja para la alternativa 1 con cuota inicial del 30 a 24 meses 129
Tabla 30 Flujo de caja para la alternativa 1 con cuota inicial del 30 a 36 meses 130
Tabla 31 Flujo de caja para la alternativa 1 con cuota inicial del 30 a 60 meses 131
Tabla 32 Flujo de caja para la alternativa 2 con cuota inicial del 30 a 24 meses 134
Tabla 33 Flujo de caja para la alternativa 2 con cuota inicial del 30 a 36 meses 135
Tabla 34 Flujo de caja para la alternativa 2 con cuota inicial del 30 a 60 meses 136
Tabla 35 Flujo de caja para la alternativa 3 con cuota inicial del 30 a 24 meses 139
Tabla 36 Flujo de caja para la alternativa 3 con cuota inicial del 30 a 36 meses 140
Tabla 37 Flujo de caja para la alternativa 3 con cuota inicial del 30 a 60 meses 141
Tabla 38 Costo total para la alternativa escogida 144
Tabla 39 Flujo de caja proyectado para la alternativa escogida 144
Tabla 40 Flujo de caja para la alternativa escogida con cuota inicial del 30
a 24 meses 145
Tabla 41 Flujo de caja para la alternativa escogida con cuota inicial del 30
a 36 meses 146
Tabla 42 Flujo de caja para la alternativa escogida con cuota inicial del 30
a 60 meses 147
Tabla 43 Flujo del servicio de energiacutea eleacutectrica actual por 20 antildeos 150
Tabla 44 Emisiones de CO2 en el mundo 156
Tabla 45 Ejemplo de la escala de decibelios dB(A) 158
xvii
LISTA DE ANEXOS
paacuteg
Anexo 1 Ubicacioacuten geograacutefica de la vereda Tibista 182
Anexo 2 Ubicacioacuten geograacutefica de la estacioacuten metereoloacutegica ldquoALTO SABOYAacuterdquo 183
Anexo 3 Regiacutemenes de vientos de la estacioacuten ldquoALTO SABOYAacuterdquo de antildeos
anteriores a 1997 184
Anexo 4 Tarifas de energiacutea eleacutectrica para Boyacaacute y Casanare durante el mes
de mayo de 2002 185
Anexo 5 Flujos de fondos para la alternativa escogida 186
Anexo 6 Corporaciones autoacutenomas regionales de Colombia 187
Anexo 7 Formulario para la solicitud de licencia ambiental 188
xviii
RESUMEN
El objetivo de este proyecto ha sido establecer la factibilidad para la generacioacuten de energiacutea
eleacutectrica mediante un aerogenerador de baja potencia en la vereda Tibista zona rural del
municipio de Saboyaacute ubicado en el departamento de Boyacaacute En esta monografiacutea se
presenta en primer teacutermino una retrospectiva general de la utilizacioacuten de la energiacutea eoacutelica
incluyendo la tecnologiacutea empleada para el aprovechamiento de la misma tambieacuten se
presentan consideraciones teoacutericas y consideraciones a tener en cuenta en el proceso de
transformacioacuten de la potencia del viento en potencia uacutetil a ser obtenida
A partir del anaacutelisis del potencial eoacutelico para el lugar antes mencionado y de la estimacioacuten
del consumo tiacutepico de energiacutea eleacutectrica para una vivienda rural se busca el desempentildeo
oacuteptimo de un aerogenerador realizando un anaacutelisis comparativo entre varias alternativas de
aerogeneradores de diferentes potencias nominales que cumplan con la demanda de
energiacutea eleacutectrica y seleccionando asiacute el que mejor se adapte a las necesidades tanto
teacutecnicas como econoacutemicas
Igualmente el documento realiza un enfoque econoacutemico junto con consideraciones legales
y tributarias tanto internacionales como nacionales con el fin de determinar la factibilidad
del uso de las energiacuteas renovables en este caso particular la energiacutea eoacutelica
Por uacuteltimo se presentan conclusiones y recomendaciones de tipo teacutecnico y econoacutemico
como la factibilidad existente de utilizar la energiacutea eoacutelica como fuente de energiacutea eleacutectrica
para el consumo propio de una zona aislada y sus posibles costos proyectados a un mediano
plazo estas conclusiones y recomendaciones estaacuten dirigidas a viabilizar el uso de fuentes
alternativas en distintas zonas rurales del territorio nacional
xix
INTRODUCCIOacuteN
La utilizacioacuten de energiacuteas alternativas o renovables han cobrado gran importancia en el
mundo en los uacuteltimos antildeos debido a la concientizacioacuten de las personas sobre factores
ambientales y la necesidad de utilizar fuentes de energiacutea maacutes baratas y accesibles
Acontecimientos histoacutericos como la crisis del petroacuteleo de los antildeos setenta y el aumento de
los precios de los combustibles en los uacuteltimos antildeos han obligado a investigar sobre
energiacuteas alternativas y sus escenarios de sustitucioacuten de fuentes convencionales
Debido a que los precios de los combustibles foacutesiles podraacuten aumentar a mediano plazo
dada la limitacioacuten de sus reservas ha surgido una creciente importancia de las energiacuteas
renovables y en particular de la energiacutea eoacutelica Si se tuvieran en cuenta costos externos
como los ambientales la competitividad de estas fuentes renovables seriacutea mucho maacutes
evidente
Ademaacutes con objeto de promover el desarrollo energeacutetico de manera sostenible y racional
sin afectar nuestro medio ambiente e implementar la distribucioacuten a regiones aisladas se
plantea la necesidad de recurrir al uso de dichas fuentes alternativas como lo es la
aerogeneracioacuten ya que masificar el uso de combustibles foacutesiles extender las redes de
interconexioacuten eleacutectrica yo construir nuevos embalses implica costos ambientales y
econoacutemicos injustificables hoy en diacutea Los anteriores son factores que han motivado a
diferentes paiacuteses a utilizar el recurso eoacutelico como fuente de aprovechamiento energeacutetico
Colombia presenta un importante potencial para aprovechar esta tecnologiacutea
Mediante este proyecto se plantea suministrar energiacutea eleacutectrica en zona rural del municipio
de Saboyaacute por medio de un aerogenerador de baja potencia que trabaja con un reacutegimen de
vientos que logra ser el adecuado para la instalacioacuten de equipos de estas caracteriacutesticas y
que no implica alteracioacuten alguna al ecosistema natural aclarando que la aerogeneracioacuten a
baja potencia esta entre un rango de 500W a 20kW
Seleccionando asiacute correctamente el aerogenerador que cumpla eficazmente con la
generacioacuten de energiacutea eleacutectrica se podriacutean implementar para otras zonas del territorio que
no estaacuten conectadas con el sistema eleacutectrico nacional y que tambieacuten presenten condiciones
aceptables de vientos realizando una correcta aplicacioacuten funcionamiento y futuro montaje
de los aerogeneradores
Econoacutemicamente se espera que al transcurrir del tiempo exista una posible recuperacioacuten de
la inversioacuten inicial y que antes de terminar la vida uacutetil del aerogenerador se pueda
implementar yo mejorar la tecnologiacutea Sin embargo estos aspectos econoacutemicos definiraacuten
en la vereda Tibistaacute zona rural de Saboyaacute la factibilidad o rentabilidad que pueda existir
en un proyecto de generar energiacutea eleacutectrica utilizando el recurso natural del viento
En Colombia tenemos que la aerogeneracioacuten de baja potencia es una tecnologiacutea nueva para
el mercado nacional el presente trabajo analiza la factibilidad para tomar decisiones
acertadas acerca de la aplicacioacuten de la energiacutea eoacutelica en el campo de aerogeneracioacuten a baja
potencia en el lugar antes mencionado incluyendo un estudio teacutecnico y econoacutemico para
dejar una base en futuras investigaciones con todos los paraacutemetros necesarios para llevar a
cabo el montaje de este proyecto y ademaacutes que sirva de guiacutea para proacuteximas generaciones
con el fin de incentivar el uso de las energiacuteas renovables en nuestro caso el viento
xxi
PREAacuteMBULO
El constante desarrollo tecnoloacutegico de la humanidad a tenido un protagonista desde los
comienzos de la civilizacioacuten El dios Eolo El llamado dios de los vientos es aprovechado
desde las maacutes remotas eacutepocas Las primeras naves que surcaron los riacuteos lagos y mares
usaban las grandes superficies de sus velas para impulsar los diferentes tipos de naviacuteos y
puede decirse que fue su aprovechamiento un gran avance en la tecnologiacutea de la eacutepoca para
conquistar diferentes tierras en ultramar de hecho la Ameacuterica fue descubierta gracias al
aprovechamiento de la energiacutea eoacutelica Otro avance interesante se vio con el uso de los
molinos de viento para convertir la energiacutea eoacutelica en energiacutea mecaacutenica Asiacute fue posible
aprovechar la energiacutea para la molienda de cereales y para extraer el agua desde acuiacuteferos
ubicados en las entrantildeas de la tierra en los pozos profundos
A pesar de existir evidencia remota de la utilizacioacuten de una u otra forma de los sistemas de
conversioacuten de energiacutea eoacutelica para aprovechar la energiacutea del viento no se tiene una fecha
exacta de las primeras aplicaciones Se sabe que en la China se implementaron
rudimentarios molinos de viento de sencilla construccioacuten para el bombeo del agua varios
siglos AC Ademaacutes en Persia y Medio Oriente existe la evidencia de la utilizacioacuten de
molinos de viento de eje vertical los cuales estaban equipados con una vela de cantildea tejida y
fueron empleados para moler grano esto aproximadamente entre los antildeos 200 a 700 de la
era cristiana
Al pasar del tiempo la utilizacioacuten de la energiacutea eoacutelica se extendioacute por todo el mediterraacuteneo
y paulatinamente se fue introduciendo en Europa fue asiacute como se hicieron grandes mejoras
tecnoloacutegicas en especial por parte de los Holandeses A comienzos del siglo XX se hallaban
en funcionamiento alrededor de un milloacuten de maacutequinas eoacutelicas en todo el mundo para el
bombeo de agua
Posteriormente con el surgir de la maacutequina de vapor y luego el nacimiento y posterior
desarrollo del motor de combustioacuten impulsado por la segunda guerra mundial la energiacutea
eoacutelica dejoacute de ser un factor dominante en la imagen energeacutetica de los paiacuteses desarrollados
La crisis del petroacuteleo de 1973 demostroacute que los combustibles foacutesiles son un recurso
limitado ademaacutes de contaminantes por lo tanto se despierta la necesidad de desarrollar
otras formas de energiacutea con tecnologiacutea moderna Como consecuencia se ha presentado un
creciente intereacutes por la aplicacioacuten de la energiacutea eoacutelica
CLASIFICACIOacuteN Y DESCRIPCIOacuteN DE LAS MAacuteQUINAS DE ENERGIacuteA EOacuteLICA
Baacutesicamente la utilizacioacuten de estas maacutequinas de conversioacuten de energiacutea eoacutelica han sido para
la molienda de granos el bombeo de agua y la generacioacuten de energiacutea eleacutectrica
1 Molienda de granos
Los equipos utilizados para este tipo de trabajo son los molinos de viento claacutesico que se
distinguen fundamentalmente dos tipos de caja giratoria (figura a) y de techo giratorio
(figura b)
Figura a Molino de viento para la molienda de granos de caja giratoria
xxii
Figura b Molino de viento para la molienda de granos de techo giratorio con orientacioacuten
por rotor auxiliar
Se requeriacutea que el molinero estuviese en permanente vigilancia para mantener orientadas
las palas contra el viento La orientacioacuten se haciacutea primitivamente mediante bueyes o mulas
o a veces era el mismo molinero quien se ayudaba con aparejos para hacer girar el
conjunto Los maacutes modernos se orientaban por la accioacuten de dos eoacutelicas auxiliares Las palas
eran de madera generalmente recubiertas de tela Los modelos mediterraacuteneos soliacutean ser a
vela En Espantildea y Portugal existiacutea un sistema muy ingenioso de alarma para avisar al
molinero los cambio de viento Consistiacutea en caacutentaros colocados de una forma particular
sobre las aspas que cuando el viento cambiaba de direccioacuten incidiacutea con cierto aacutengulo sobre
los caacutentaros y los haciacutea sonar
Llegaron a construirse molinos de tipo caja giratoria hasta de 30kW Estas construcciones
funcionaron en Holanda durante maacutes de dos siglos su velocidad variaba de 10 a 40 rpm y
la captacioacuten maacutexima de energiacutea era de un 50
xxiii
2 Bombeo de agua
Este tipo de maacutequinas hicieron su aparicioacuten en Estados Unidos hacia 1870 desde alliacute
pasaron a Europa y al resto del mundo En la actualidad se realiza casi exclusivamente por
maacutequinas que tienen alrededor de 12 a 24 palas (multipala) siendo generalmente simples
chapas de metal curvadas Veacutease figura c
Figura c Aerobomba utilizada para la extraccioacuten de agua
Estas maacutequinas debido a su elevado par de arranque y de trabajar con vientos deacutebiles (de 2
a 35 ms aprox) son ideales para accionar bombas a pistoacuten Estas bombas a su vez
presentan muchas ventajas robustez poco desgaste por trabajar a baja velocidad bajo
precio poca necesidad de mantenimiento rendimiento bastante bueno y capacidad para
bombear desde capas profundas
Tambieacuten se han hecho experiencias de bombeo con maacutequinas de alta velocidad acopladas a
bombas centriacutefugas o a compresores de aire que bombean por emulsioacuten El rendimiento
global de estos sistemas es superior pero su costo es muy elevado
xxiv
3 Generacioacuten de energiacutea eleacutectrica
Los aerogeneradores utilizados para esta funcioacuten tiene un nuacutemero de palas menor que por
lo general va de 2 a 4 tiene la ventaja de ser a igual potencia maacutes livianas que las
maacutequinas utilizadas para el bombeo de agua debido a su menor solidez Tienen el
inconveniente de presentar un bajo par de arranque necesitan vientos de maacutes de 4 ms para
trabajar de manera estable las palas suelen fabricarse en aluminio o fibra de vidrio con
resina epoxi con lo cual se logra tener un menor peso en el aerogenerador Este proyecto se
basaraacute fundamentalmente en este tipo de maacutequinas eoacutelicas para el suministro de energiacutea
eleacutectrica en una zona rural En la figura d se puede observar un tipo de estas maacutequinas
Figura d Montaje tiacutepico de un aerogenerador para el suministro de energiacutea eleacutectrica en
una zona rural
xxv
CAPIacuteTULO 1
1 HISTORIA DE LA ENERGIacuteA EOacuteLICA
11 EL PIONERO DE LA ENERGIacuteA EOacuteLICA POUL LA COUR1
Foto 1 Poul la Cour y su esposa Christine
Poul la Cour (1846-1908) quien tuvo originalmente una formacioacuten como meteoroacutelogo
fue el pionero de las modernas turbinas eoacutelicas generadoras de electricidad Poul la Cour
fue tambieacuten uno de los pioneros de la moderna aerodinaacutemica y construyoacute su propio tuacutenel
de viento para realizar experimentos La Cour se preocupaba del almacenamiento de
energiacutea y utilizaba la electricidad de sus turbinas eoacutelicas para producir electroacutelisis y obtener
asiacute hidroacutegeno para las laacutemparas de gas de su escuela
1 Tomado httpwwwwindpowerorgespictureslacourhtm
27
111 Los aerogeneradores de La Cour
En la foto 2 se observan dos de los aerogeneradores de prueba que en 1897 Poul La Cour
teniacutea en el instituto de Askov Folk (Dinamarca) donde realizaba sus experimentos
Foto 2 Aerogeneradores de la Cour
112 La revista de electricidad eoacutelica
Poul la Cour tambieacuten publicoacute la primera revista de electricidad eoacutelica del mundo
En 1918 unas 120 empresas puacuteblicas de todo el mundo teniacutean un aerogenerador
generalmente del tamantildeo de 20 a 35kW haciendo un total de 3 megavatios de potencia
instalada
28
Sin embargo el intereacutes mundial por la energiacutea eoacutelica decayoacute en los antildeos siguientes aunque
una crisis de suministro durante la Segunda Guerra Mundial hizo que se afianzara
12 PIONEROS DE LA ENERGIacuteA EOacuteLICA 1940-19502
121 Las turbinas de FL Smidth
Foto 3 Turbina bipala de FL Smidth
Durante la segunda guerra mundial la compantildeiacutea danesa de ingenieriacutea FL Smidth (ahora
un fabricante de maquinaria para la industria cementera) construyoacute diversos
aerogeneradores bi y tripala Todas estas maacutequinas al igual que sus predecesoras generaban
CA (corriente alterna)
En la foto 4 se muestra una maacutequina de FL Smidth tripala de la isla de Bogo
(Dinamarca) fabricada en 1942 que formaba parte de un sistema eoacutelico-diesel que regiacutea el
suministro eleacutectrico de la isla En 1951 el generador de CC (corriente continua) fue
sustituido por un generador asiacutencrono de CA haciendo que esta segunda turbina generase
asiacute CA
2 CADIZ DELEITO J amp CABRERO J La energiacutea eoacutelica tecnologiacutea e historia Madrid Espantildea Ed Blume1984
29
Foto 4 Turbina tripala de FL Smidth
13 PIONEROS DE LA ENERGIacuteA EOacuteLICA 1950 ndash 19803
131 Johannes Juul y el aerogenerador de Gedser
El ingeniero Johannes Juul fue uno de los primeros alumnos de Poul la Cour en sus cursos
para electricistas eoacutelicos en 1904 En los antildeos 50 J Juul llegoacute a ser un pionero en el
desarrollo de los primeros aerogeneradores de corriente alterna en el mundo
Foto 5 Aerogenerador de Johannes Juul
3 CADIZ DELEITO J amp CABRERO J La energiacutea eoacutelica tecnologiacutea e historia Madrid Espantildea Ed Blume1984
30
El innovador aerogenerador de Gedser de 200kW fue construido en 1956-57 por J Juul
para la compantildeiacutea eleacutectrica SEAS en la costa de Gedser en la parte sur de Dinamarca
Figura 1 El aerogenerador de Gedser
La turbina tripala con rotor a barlovento con orientacioacuten electromecaacutenica y un generador
asincroacutenico fue un disentildeo pionero de los modernos aerogeneradores aunque su rotor con
cables de acero parezca actualmente algo pasado de moda La turbina disponiacutea de
regulacioacuten por peacuterdida aerodinaacutemica y J Juul inventoacute los frenos aerodinaacutemicos de
emergencia en punta de pala que se sueltan por la fuerza centriacutefuga en caso de
sobrevelocidad
Baacutesicamente el mismo sistema es hoy en diacutea utilizado en los modernos aerogeneradores de
regulacioacuten por peacuterdida aerodinaacutemica El aerogenerador que durante muchos antildeos fue el
maacutes grande del mundo fueacute increiacuteblemente duradero Funcionoacute durante 11 antildeos sin
mantenimiento
El aerogenerador de Gedser fue reacondicionado en 1975 a peticioacuten de la NASA que
queriacutea resultados de medicioacuten de la turbina para el nuevo programa estadounidense de
energiacutea eoacutelica La maacutequina funcionoacute durante pocos antildeos para las mediciones de prueba
antes de ser desmantelada La carcasa y el rotor de la turbina se exponen actualmente en el
Museo de Electricidad de Bjerringbro (Dinamarca)
31
Foto 6 Aerogenerador de Gedser reacondicionado por la NASA
132 Las turbinas Nibe
Despueacutes de la primera crisis del petroacuteleo de 1973 muchos paiacuteses iniciaron su intereacutes en la
energiacutea eoacutelica En el mundo entero las compantildeiacuteas de energiacutea eleacutectrica dirigieron
inmediatamente su atencioacuten a la construccioacuten de grandes aerogeneradores por ejemplo en
Alemania Dinamarca Suecia el Reino Unido y los EEUU En 1979 se construyeron
varios aerogeneradores de 630kW En muchos sentidos las turbinas resultaron
extremadamente costosas y en consecuencia el alto precio de la energiacutea devino un
argumento clave en contra de la energiacutea eoacutelica
14 AEROGENERADORES A PARTIR DE LOS 80
Christian Riisager un carpintero estadounidense construyoacute un pequentildeo aerogenerador de
22kW en su propio jardiacuten utilizando el disentildeo del aerogenerador de Gedser como punto de
partida Utilizoacute componentes estaacutendar que no resultaban costosos (por ej un motor eleacutectrico
como generador partes de un vehiacuteculo como multiplicador y freno mecaacutenico) donde le fue
posible
32
El aerogenerador de Riisager resultoacute ser un eacutexito en muchos casas de campo de todo el
mundo y su eacutexito proporcionoacute la inspiracioacuten para la construccioacuten a partir de los antildeos 80 de
los actuales aerogeneradores
Foto 7 Aerogenerador de Riisager
141 Disentildeos competitivos de turbinas
Algunos disentildeos incluido el de Riisager estaacuten en parte basados en la soacutelida experiencia del
aerogenerador de Gedser o en las claacutesicas rosas de los vientos multipala americanas de
lento movimiento otras eran maacutes revolucionarias incluyendo las maacutequinas Darrieus de eje
vertical (veacutease foto 8) las maacutequinas que utilizan aletas para el control de potencia o
hidraacuteulica para el sistema de transmisioacuten etc La mayoriacutea de maacutequinas eran muy pequentildeas
para los estaacutendares actuales normalmente de 5 a 11kW
33
Foto 8 Aerogenerador Darrieus de eje vertical
142 La maacutequina Twind
La maacutequina Twind de 2MW fue una maacutequina totalmente revolucionaria La maacutequina era
una maacutequina corriente abajo con un diaacutemetro de rotor de 54m girando a velocidad variable
con un generador siacutencrono y con una conexioacuten indirecta a red utilizando electroacutenica de
potencia La maacutequina todaviacutea funciona perfectamente y se encuentra en Dinamarca
Foto 9 Aerogenerador Twind de 2MW
34
Asiacute pues el temprano desarrollo de los aerogeneradores era un lejano clamor de los
programas de investigacioacuten subvencionados por el gobierno sobre grandes maacutequinas
llevados a cabo simultaacuteneamente en Alemania EEUU Suecia el Reino Unido o Canadaacute
Finalmente versiones mejoradas de la claacutesica maacutequina tripala corriente arriba del
aerogenerador de Gedser resultaron ser los ganadores comerciales de esta competicioacuten
143 El gran torrente eoacutelico de California
Foto 10 Granja eoacutelica en Palm Springs (California)
Alrededor de 1985 el mercado de energiacutea eoacutelica en Estados Unidos desaparecioacute de la
noche a la mantildeana con la desaparicioacuten de los esquemas de apoyo californianos a esta
tecnologiacutea Desde entonces soacutelo unas pocas nuevas instalaciones han sido puestas en
servicio aunque finalmente el mercado parece haberse recuperado En efecto una sola
compantildeiacutea la Sea West Energy Corporation de los Estados Unidos creada en 1981 instaloacute
en 14 antildeos entre 1981 y 1995 2610 turbinas eoacutelicas con una potencia total instalada de
392 Megavatios
35
15 INDUSTRIA EOacuteLICA ACTUAL4
Actualmente se maneja a nivel mundial grandes granjas eoacutelicas o parques eoacutelicos que son
un conjunto de aerogeneradores ubicados muy cerca entre si que conforman una central de
energiacutea eleacutectrica utilizando aerogeneradores de 20kW a 2MW de potencia nominal las
maacutequinas de 600 y 750kW continuacutean siendo el soporte de la industria aunque el mercado
de los megavatios despegoacute en los antildeos 90
Figura 2 Crecimiento de la energiacutea eoacutelica en el mundo
El prototipo de la turbina NEG Micon 15MW (veacutease foto 11) fue puesto en
funcionamiento en septiembre de 1995 El modelo original teniacutea un diaacutemetro de rotor de
60 metros y dos generadores de 750kW funcionando en paralelo La versioacuten maacutes reciente
es un modelo 1500750kW (con dos generadores de 750kW) con un diaacutemetro de rotor de
64m
4 Revista Mundo Eleacutectrico Colombiano No40 ABB vislumbra rentable oportunidad de crecimiento Paacutegs127-8 julio ndash septiembre de 2000
36
Foto 11 Aerogenerador NEG MICON de 15MW
La capacidad instalada mundial en MW de energiacutea eoacutelica a enero de 2002 por continente
y por paiacutes con que se cuenta actualmente se puede ilustrar en las siguientes tablas5
Tabla 1 Potencia eoacutelica en el mundo al 2002
CONTINENTE MW
Europa 17360
Norte Ameacuterica 4452
Asia 2241
Aacutefrica 179
Centro-Sur Ameacuterica 125
Oceaniacutea 110
TOTAL 24467
5 Tomado httpwwwwpmconzwindicathtmmercado mundial de la energiacutea eoacutelica
37
Tabla 2 Potencia eoacutelica instalada en Europa (2002)
PAIacuteS MW PAIacuteS MWAlemania 8753 Ucrania 40
Espantildea 3335 Finlandia 39Dinamarca 2417 Beacutelgica 31
Italia 697 Polonia 28Reino Unido 485 Turquiacutea 19
HolandandashP Bajos 483 Noruega 17Suecia 280 Luxemburgo 15Grecia 272 Repuacuteblica Checa 5
Portugal 127 Rusia 5Irlanda 125 Suiza 5Austria 95 Letonia 1Francia 85 Rumania 1TOTAL 17360
Tabla 3 Potencia eoacutelica instalada en Norte Ameacuterica (2002)
PAIacuteS MW
EEUU 4245Canadaacute 207TOTAL 4452
Tabla 4 Potencia eoacutelica instalada en Asia (2002)
PAIacuteS MW PAIacuteS MWIndia 1507 Israel 8China 399 Sri Lanka 3Japoacuten 300 Taiwaacuten 3Iraacuten 11 Jordania 2
Corea de Sur 8TOTAL 2241
Tabla 5 Potencia eoacutelica instalada en Aacutefrica (2002)
38
PAIacuteS MWEgipto 125
Marruecos 54TOTAL 179
Tabla 6 Potencia eoacutelica instalada en Centroameacuterica y Ameacuterica del Sur (2002)
PAIacuteS MW PAIacuteS MWCosta Rica 71 Zona Caribe 13
Brasil 20 Meacutexico 5Argentina 14 Chile 2TOTAL 125
Tabla 7 Potencia eoacutelica instalada en Oceaniacutea (2002)
PAIacuteS MWAustralia 73
Nueva Zelanda 37TOTAL 110
CAPIacuteTULO 2
2 EL RECURSO EOacuteLICO
21 FUENTE DE LA ENERGIacuteA EOacuteLICA
Todas las fuentes de energiacutea renovables (excepto la mareomotriz y la geoteacutermica) e incluso
la energiacutea de los combustibles foacutesiles provienen en uacuteltimo teacutermino del sol El sol irradia
cerca de 10 x 1013 kWh de energiacutea hacia la Tierra en otras palabras la Tierra recibe 1017 W
de potencia Esto supone una energiacutea alrededor de 50 a 100 veces superior a la convertida
en biomasa por todas las plantas de la tierra Las diferencias de temperatura conllevan la
circulacioacuten de aire
Foto 12 Superficie terrestre
(Tomada de un sateacutelite de la NASA NOAA-7 en julio de 1984)
Las regiones alrededor del ecuador a 0deg de latitud son calentadas por el sol maacutes que las
zonas del resto del globo (veacutease foto 12) Estas aacutereas calientes estaacuten indicadas en colores
caacutelidos rojo naranja y amarillo
40
El aire caliente es maacutes ligero que el aire friacuteo por lo que subiraacute hasta alcanzar una altura
aproximada de 10km y se extenderaacute hacia el norte y hacia el sur Si el globo no rotase el
aire simplemente llegariacutea al Polo Norte y al Polo Sur para posteriormente descender y
volver al ecuador6
211 Vientos locales vientos de montantildea
Figura 3 Caracterizacioacuten de los vientos en una montantildea
Las regiones montantildeosas muestran modelos de clima muy interesantes
Un ejemplo es el viento del valle que se origina en las laderas que dan al sur (oacute en las que
dan al norte en el hemisferio sur) Cuando las laderas y el aire proacuteximo a ellas estaacuten
calientes la densidad del aire disminuye y el aire asciende hasta la cima siguiendo la
superficie de la ladera Durante la noche la direccioacuten del viento se invierte convirtieacutendose
en un viento que fluye ladera abajo Si el fondo del valle estaacute inclinado el aire puede
ascender y descender por el valle este efecto es conocido como viento de cantildeoacuten
6 Tomado httpwwwaweaorg
41
22 LA ENERGIacuteA EN EL VIENTO DENSIDAD DEL AIRE Y AacuteREA DE BARRIDO
DEL ROTOR
Figura 4 Representacioacuten del aacuterea barrida por un rotor
Un aerogenerador obtiene su potencia de entrada convirtiendo la fuerza del viento en un par
(fuerza de giro) actuando sobre las aspas del rotor La cantidad de energiacutea transferida al
rotor por el viento depende de la densidad del aire del aacuterea de barrido del rotor y de la
velocidad del viento Esto se puede observar en la figura 4 donde se representa el aacuterea
barrida por un rotor
221 Densidad del aire
La energiacutea cineacutetica de un cuerpo en movimiento es proporcional a su masa (o peso) Asiacute la
energiacutea cineacutetica del viento depende de la densidad del aire es decir de su masa por unidad
de volumen En otras palabras cuanto maacutes pesado sea el aire maacutes energiacutea recibiraacute la
turbina A presioacuten atmosfeacuterica normal y a 15 degC el aire pesa unos 1225 kilogramos por
metro cuacutebico aunque la densidad disminuye ligeramente con el aumento de la humedad
Ademaacutes el aire es maacutes denso cuando hace friacuteo que cuando hace calor A grandes altitudes
(en las montantildeas) la presioacuten del aire es maacutes baja y el aire es menos denso
42
222 Aacuterea de barrido del rotor
Un aerogenerador tiacutepico de 3kW tiene un diaacutemetro del rotor de 4 metros lo que supone un
aacuterea del rotor de unos 1256 metros cuadrados El aacuterea del rotor determina cuanta energiacutea
del viento es capaz de capturar una turbina eoacutelica
Dado que el aacuterea del rotor aumenta con el cuadrado del diaacutemetro del rotor una turbina que
sea dos veces maacutes grande recibiraacute 22 = 2 x 2 = cuatro veces maacutes energiacutea
23 LOS AEROGENERADORES DESVIacuteAN EL VIENTO7
Figura 5 Desviacioacuten del viento producida por un aerogenerador
Un aerogenerador desviaraacute el viento antes incluso de que el viento llegue al plano del rotor
Esto significa que nunca se captura toda la energiacutea que hay en el viento utilizando un
aerogenerador
En la figura 5 se representa el flujo de viento que viene desde la derecha y se usa un
mecanismo para capturar parte de la energiacutea cineacutetica que posee el viento (la figura muestra
un rotor de dos aspas aunque podriacutea haberse tratado de cualquier otro mecanismo)
43
231 Tubo de corriente de aire
El rotor del aerogenerador debe obviamente frenar el viento cuando captura su energiacutea
cineacutetica y la convierte en energiacutea rotacional Esto implica que el viento se moveraacute maacutes
lentamente en la parte izquierda del rotor que en la parte derecha Dado que la cantidad de
aire que pasa a traveacutes del aacuterea barrida por el rotor desde la derecha (por segundo) debe ser
igual a la que abandona el aacuterea del rotor por la izquierda el aire ocuparaacute una mayor seccioacuten
transversal (diaacutemetro) detraacutes del plano del rotor
Este efecto puede apreciarse en la figura 5 donde se muestra un tubo imaginario el
llamado tubo de corriente alrededor del rotor del aerogenerador El tubo de corriente
muestra como el viento movieacutendose lentamente hacia la izquierda ocuparaacute un gran volumen
en la parte posterior del rotor El viento no seraacute frenado hasta su velocidad final
inmediatamente detraacutes del plano del rotor El frenado del viento se produciraacute gradualmente
en la parte posterior del rotor hasta que la velocidad llegue a ser praacutecticamente constante
232 Tubo de corriente de aire ciliacutendrico
Se puede objetar que un aerogenerador girariacutea incluso situaacutendolo dentro de un tubo
ciliacutendrico normal Por supuesto se estaraacute en lo cierto al pensar que el rotor de un
aerogenerador puede girar si se situase dentro de un enorme tubo de cristal como el de la
figura 6 pero ocurre lo siguiente
7 Tomado httpwwwwindpowerorgestourwrestubehtm
44
Figura 6 Corriente de aire en un tubo ciliacutendrico
El viento de la parte izquierda del rotor se mueve a menor velocidad que el de la parte
derecha pero al mismo tiempo se sabe que el volumen de aire que entra al tubo por la
derecha cada segundo debe ser el mismo que el volumen de aire que sale del tubo por la
izquierda Con ello se puede deducir que si el viento encuentra alguacuten obstaacuteculo dentro del
tubo (en este caso el rotor) parte del viento que llega desde la derecha debe ser desviado de
la entrada del tubo (debido a la alta presioacuten del aire en el extremo derecho del tubo)
Por tanto el tubo ciliacutendrico no es una representacioacuten muy exacta de lo que ocurre cuando el
viento encuentra un aerogenerador por lo que la imagen de la figura 5 en forma de botella
es la maacutes cercana a la realidad
24 RELACIOacuteN DE LA POTENCIA DEL VIENTO CON EL CUBO DE LA
VELOCIDAD DEL VIENTO
La velocidad del viento es el factor de mayor importancia para la cantidad de energiacutea que
un aerogenerador puede transformar en electricidad la cantidad de energiacutea que posee el
viento variacutea con el cubo (la tercera potencia) de la velocidad media del viento pej si la
velocidad del viento se duplica la cantidad de energiacutea que contenga seraacute 23 = 2 x 2 x 2 =
ocho veces mayor
45
Figura 7 Graacutefica de la relacioacuten de potencia especiacutefica del viento con la velocidad del
viento
Ahora se puede explicar porque la energiacutea que contiene el viento variacutea con la tercera
potencia de su velocidad En el caso de turbinas eoacutelicas se usa la energiacutea de frenado del
viento por lo que si se dobla la velocidad del viento se tendraacute dos veces maacutes porciones
ciliacutendricas de viento movieacutendose a traveacutes del rotor cada segundo y cada una de esas
porciones contiene cuatro veces maacutes energiacutea
25 MEDICIOacuteN DE LA VELOCIDAD DEL VIENTO ANEMOacuteMETROS
Las mediciones de las velocidades del viento se realizan normalmente usando un
anemoacutemetro de cazoletas (ver figura 8) El anemoacutemetro de cazoletas tiene un eje vertical
tres cazoletas que capturan el viento y una veleta para detectar la direccioacuten del viento el
nuacutemero de revoluciones por segundo son registradas electroacutenicamente En lugar de
cazoletas el anemoacutemetro puede estar equipado con heacutelices aunque no es lo habitual
46
Figura 8 Anemoacutemetro de Cazoletas
Otros tipos de anemoacutemetros incluyen ultrasonidos o anemoacutemetros provistos de laacuteser que
detectan el desfase del sonido o la luz coherente reflejada por las moleacuteculas de aire los hay
tambieacuten de hilo electrocalentado que detectan la velocidad del viento mediante pequentildeas
diferencias de temperatura entre los cables situados en el viento y en la sombra del viento
(cara a sotavento)
26 MEDICIONES DE LA VELOCIDAD DEL VIENTO EN LA PRAacuteCTICA8
261 Informacioacuten empiacuterica
Esta informacioacuten se recoge con base a visitas realizadas al lugar donde las condiciones de
topografiacutea de vegetacioacuten y la investigacioacuten con los habitantes de la regioacuten aportan una
informacioacuten valiosa en la identificacioacuten de los lugares con un alto nivel de velocidad de
viento como se puede ver en la foto 13 en donde se observa la deformacioacuten de un aacuterbol
causada por la incidencia permanente de viento Si ya existen aerogeneradores en el aacuterea
los resultados de produccioacuten son una excelente guiacutea de las condiciones de viento locales
Informacioacuten empiacuterica puntual puede ser deducida a partir de la escala de Beaufort (tabla
8) que indica las caracteriacutesticas de incidencia de viento en la tierra
8 PINILLA S Aacutelvaro Manual de aplicacioacuten de la energiacutea eoacutelica Bogotaacute INEA 1997 p21
47
Foto 13 Aacuterbol deformado a causa de la incidencia del viento
Tabla 8 Escala de Beaufort para la intensidad de viento9
Numero deBeaufort
Velocidad de viento(ms)
Efectos observados en tierra
0 00 ndash 02 Calma humo asciende verticalmente
1 03 ndash 15 El humo indica la direccion del viento aspas demolinos no se mueven
2 16 ndash 33 Se siente el viento en la cara se mueven las hojas delos aacuterboles aspas de molinos se empiezan a mover
3 34 ndash 54 Hojas y ramas pequentildeas se mueven constantementebanderas livianas se extienden
4 55 ndash 79 Polvo hojas y papel en el piso se levanta ramas semueven
5 80 ndash 107 Pequentildeos aacuterboles comienzan a bambolear
6 108 ndash 138 Ramas grandes de los aacuterboles en movimiento silbido
9 OLADE Prospeccioacuten Evaluacioacuten y Caracterizacioacuten de la Energiacutea Eoacutelica Ecuador 1990
48
emana de cuerdas
7 139 ndash 171 Todo aacuterbol se mueve resistencia fuerte al caminarcontra el viento
8 172 ndash 207 Ramitas y ramas de los aacuterboles se rompen caminar esdificil
9 208 ndash 244 Las ramas medianas de los aacuterboles se quiebran
10 245 ndash 283 Los aacuterboles son arrancados y dantildeadas las techumbres
11 284 ndash 325 Destrozos extensos (Borrarsca)
12 326 ndash 369 Destrozos extensos (Huracaacuten)
13 370 ndash 414 Destrozos extensos (Huracaacuten)
14 415 ndash 461 Destrozos extensos (Huracaacuten)
15 462 ndash 508 Destrozos extensos (Huracaacuten)
16 509 ndash 558 Destrozos extensos (Huracaacuten)
17 559 ndash 611 Destrozos extensos (Cicloacuten)
262 Anemoacutemetros totalizadores
El anemoacutemetro deberaacute estar localizado en un lugar donde las condiciones sean limpias con
muy pocos obstaacuteculos alrededor y a una altura de 10m a 12m sobre la superficie del
terreno
Asiacute pues al realizar la lectura el visualizador del odoacutemetro deberaacute estar localizado muy
cerca del suelo ya que las torres para la instalacioacuten de anemoacutemetros por lo general no son
lo suficientemente robustas para sostener el peso de una persona que ascienda para realizar
las lecturas(veacutease figura 9)
Con la recopilacioacuten de esta informacioacuten totalizada y con promedio de velocidad de viento
se caracteriza formalmente el reacutegimen de vientos presente en un lugar identificaacutendose con
gran certeza las variaciones tanto diurnas como mensuales
49
Figura 9 Anemoacutemetro de Recorrido
263 Meacutetodo de correlacioacuten
Este meacutetodo de estimacioacuten permite combinar mediciones realizadas en un lugar especiacutefico
con registradores de velocidad de viento de cualquier tipo con los datos publicados y
suministrados por el servicio de meteorologiacutea (en Colombia el IDEAM y Corporaciones
Regionales) en estaciones aledantildeas al lugar
Se puede realizar mediciones de viento por un periodo corto de tiempo en un lugar (por
ejemplo algunos cuantos meses) y al comparar con datos obtenidos simultaacuteneamente en
una estacioacuten metereoloacutegica cercana al lugar se pueden producir coeficientes numeacutericos de
proporcionalidad a traveacutes de comparar los valores promedios medidos (diurnos yo
mensuales) con los datos publicados por el servicio de meteorologiacutea
27 RUGOSIDAD DEL TERRENO10
A alturas de alrededor de un kiloacutemetro la superficie terrestre apenas ejerce influencia
alguna sobre el viento Sin embargo en las capas maacutes bajas de la atmoacutesfera las velocidades
10 Tomado httpwwwwindpowerorgestourwresshearhtm
50
del viento se ven afectadas por la friccioacuten con la superficie terrestre En la industria eoacutelica
se distingue entre rugosidad del terreno la influencia de los obstaacuteculos y la influencia del
contorno del terreno tambieacuten llamada orografiacutea del aacuterea
En general cuanto maacutes pronunciada sea la rugosidad del terreno mayor seraacute el frenado que
experimente el viento Obviamente los bosques y las grandes ciudades frenan mucho el
viento mientras que las pistas de hormigoacuten de los aeropuertos soacutelo lo frenan ligeramente
las superficies de agua son incluso maacutes lisas que las pistas de hormigoacuten y tendraacuten por tanto
menos influencia sobre el viento mientras que la hierba alta y los arbustos frenaraacuten el
viento de forma considerable
271 Clase y longitud de rugosidad
En la industria eoacutelica la gente suele referirse a clase de rugosidad o longitud de rugosidad
cuando se trata de evaluar las condiciones eoacutelicas de un paisaje (ver tabla 9) Una alta
rugosidad de clase 3 oacute 4 se refiere a un paisaje con muchos aacuterboles y edificios mientras que
a la superficie del mar le corresponde una rugosidad de clase 0
Las pistas de hormigoacuten de los aeropuertos pertenecen a la clase de rugosidad 05 al igual
que el paisaje abierto y llano abierto (ver foto 14) El teacutermino longitud de rugosidad es en
realidad la distancia sobre el nivel del suelo a la que teoacutericamente la velocidad del viento
deberiacutea ser nula
Tabla 9 Clase y longitud de rugosidad
Clase derugosidad
Longitudde
rugosidad(m)
Iacutendicede
energiacutea()
Tipo de paisaje
51
0 00002 100 Superficie del agua
05 00024 73Terreno completamente abierto con una superficie lisapej pistas de hormigoacuten en los aeropuertos ceacutespedcortado etc
1 003 52 Aacuterea agriacutecola abierta sin cercados ni setos y con edificiosmuy dispersos Soacutelo colinas suavemente redondeadas
15 0055 45 Terreno agriacutecola con algunas casas y setos resguardantes de8 metros de altura con una distancia aproximada de 1250m
2 01 39 Terreno agriacutecola con algunas casas y setos resguardantes de8 metros de altura con una distancia aproximada de 500m
25 02 31Terreno agriacutecola con muchas casas arbustos y plantas osetos resguardantes de 8 metros de altura con una distanciaaproximada de 250m
3 04 24Pueblos ciudades pequentildeas terreno agriacutecola con muchoso altos setos resguardantes bosques y terreno accidentado ymuy desigual
35 08 18 Ciudades maacutes grandes con edificios altos
4 16 13 Ciudades muy grandes con edificios altos y rascacielos
Foto 14 Paisaje llano correspondiente a una rugosidad de 05
28 VARIABILIDAD DE LA VELOCIDAD DEL VIENTO
281 Variabilidad del viento a corto plazo
La velocidad del viento estaacute siempre fluctuando por lo que el contenido energeacutetico del
viento variacutea continuamente La fluctuacioacuten depende tanto de las condiciones climaacuteticas
como de las condiciones de superficie locales y de los obstaacuteculos la produccioacuten de energiacutea
52
de una turbina eoacutelica variaraacute conforme variacutee el viento aunque las variaciones maacutes raacutepidas
seraacuten hasta cierto punto compensadas por la inercia del rotor del aerogenerador
Figura 10 Ejemplo de la variabilidad de la velocidad de viento de un sitio determinado
282 Variaciones diurnas (noche y diacutea) del viento
En la mayoriacutea localizaciones del planeta el viento sopla maacutes fuerte durante el diacutea que
durante la noche La figura 11 muestra en intervalos de 3 horas como variacutea la velocidad
del viento a lo largo del diacutea en una ubicacioacuten de un aerogenerador especifico
esta variacioacuten se debe a las diferencias de temperatura El viento presenta tambieacuten maacutes
turbulencias y tiende a cambiar de direccioacuten maacutes raacutepidamente durante el diacutea que durante la
noche Desde el punto de vista de los propietarios de aerogeneradores el hecho de que la
mayor parte de la energiacutea eoacutelica se produzca durante el diacutea es una ventaja ya que el
consumo de energiacutea entonces es mayor que durante la noche
53
Figura 11 Ejemplo de la variacioacuten diaria del viento de un sitio determinado
29 OBSTAacuteCULOS AL VIENTO
Los obstaacuteculos del viento tales como edificios aacuterboles formaciones rocosas etc pueden
disminuir la velocidad del viento de forma significativa y a menudo crean turbulencias en
torno a ellos
Figura 12 Vista lateral de la corriente de viento alrededor de un obstaacuteculo
Como puede verse en la figura 12 cuando las corrientes de viento fluyen alrededor de un
obstaacuteculo la zona de turbulencias puede extenderse hasta una altura alrededor de 3 veces
superior a la altura del obstaacuteculo La turbulencia es maacutes acusada detraacutes del obstaacuteculo que
delante de eacutel Asiacute pues lo mejor es evitar grandes obstaacuteculos cerca de las turbinas eoacutelicas y
en particular si se encuentran en la parte donde sopla en viento dominante es decir en
frente de la turbina
Figura 13 Vista superior de la corriente de aire alrededor de un obstaacuteculo
54
291 Resguardo tras los obstaacuteculos
Los obstaacuteculos disminuiraacuten la velocidad del viento corriente abajo del obstaacuteculo Esta
disminucioacuten depende de la porosidad del obstaacuteculo es decir de que tanta resistencia posea
el obstaacuteculo al paso del viento (la porosidad se define como el aacuterea libre dividida por el
aacuterea total del objeto de cara al viento) Obviamente un edificio es soacutelido y no tiene
porosidad mientras que un aacuterbol completamente abierto en invierno (sin hojas) puede dejar
pasar a su traveacutes maacutes de la mitad del viento Sin embargo en verano el follaje puede ser
muy denso con lo que puede hacer disminuir la porosidad hasta dejarla en una tercera
parte El efecto de frenado del viento que un obstaacuteculo produce aumenta con la altura y la
longitud del mismo obviamente el efecto seraacute maacutes pronunciado cerca del obstaacuteculo y
cerca del suelo
210 EFECTOS ACELERADORES11
2101 Efecto tuacutenel
Si se toma un camino entre dos edificios altos o en un paso estrecho entre montantildeas se
observaraacute que se da el mismo efecto el aire se comprime en la parte de los edificios o de la
montantildea que estaacute expuesta al viento y su velocidad crece considerablemente entre los
obstaacuteculos del viento
11 Tomado httpwwwwindpowerorgestourspeeduphtm
55
Figura 14 Representacioacuten graacutefica del efecto tuacutenel
Esto es lo que se conoce como efecto tuacutenel (figura 14) Asiacute pues incluso si la velocidad
normal del viento en un terreno abierto puede ser de 6 metros por segundo en un tuacutenel
natural puede faacutecilmente alcanzar los 9 metros por segundo
Situar un aerogenerador en un tuacutenel de este tipo es una forma inteligente de obtener
velocidades del viento superiores a las de las aacutereas colindantes Para obtener un buen efecto
tuacutenel el tuacutenel debe estar suavemente enclavado en el paisaje
En el caso de que las colinas sean muy accidentadas puede haber muchas turbulencias en
esa aacuterea es decir el viento soplaraacute en muchas direcciones diferentes y con cambios muy
raacutepidos Si hay muchas turbulencias la ventaja que supone la mayor velocidad del viento se
veraacute completamente anulada y los cambios en el viento pueden causar dantildeos y desgastes
innecesarios en el aerogenerador
2102 Efecto de la colina
Una forma corriente de emplazar aerogeneradores es situaacutendolos en colinas o estribaciones
dominando el paisaje circundante (figura 15a) En particular siempre supone una ventaja
tener una vista lo maacutes amplia posible en la direccioacuten del viento dominante en el aacuterea
56
Figura 15a Representacioacuten graacutefica del efecto de la colina
En las colinas siempre se aprecian velocidades de viento superiores a las de las aacutereas
circundantes Una vez maacutes esto es debido a que el viento es comprimido en la parte de la
montantildea que da al viento y una vez el aire alcanza la cima de la colina puede volver a
expandirse al descender hacia la zona de bajas presiones por la ladera a sotavento de la
colina
Figura 15b Vista lateral del efecto de la colina
Como se observa en la figura 15b el viento empieza a inclinarse alguacuten tiempo antes de
alcanzar la colina debido a que en realidad la zona de altas presiones se extiende hasta una
distancia considerable enfrente de la colina Tambieacuten el viento se hace muy irregular una
vez pasa a traveacutes del rotor del aerogenerador
57
Al igual que en el efecto tuacutenel si la colina es escarpada o tiene una superficie accidentada
puede haber una cantidad de turbulencias significativa que puede anular la ventaja que
supone tener unas velocidades de viento mayores
CAPIacuteTULO 3
3 ASPECTOS TEOacuteRICOS
31 TECNOLOGIacuteA DE AEROGENERADORES12
311 Eje
3111 Aerogeneradores de eje horizontal
La mayor parte de la tecnologiacutea de aerogeneradores utilizada en la energiacutea eoacutelica son de eje
horizontal o HAWTs (horizontal axis wind turbines) La finalidad del rotor es la de
convertir el movimiento lineal del viento en energiacutea rotacional que pueda ser utilizada para
hacer funcionar el generador El mismo principio baacutesico es el que se utiliza en las modernas
turbinas hidraacuteulicas en las que la corriente de agua es paralela al eje de rotacioacuten de los
alabes de la turbina
3112 Aerogeneradores de eje vertical
Los aerogeneradores de eje vertical o VAWTs son como las norias (maacutequinas para sacar
agua compuesta de un engranaje y un tambor que lleva colgada una serie vasijas) asiacute
algunos tipos de turbinas de eje vertical realmente tambieacuten podriacutean trabajar con un eje
horizontal aunque apenas seriacutean capaces de mejorar la eficiencia de una turbina de tipo
heacutelice La uacutenica turbina de eje vertical que ha sido comercialmente fabricada para diversas
capacidades es la maacutequina Darrieus que debe su nombre al ingeniero franceacutes Georges
Darrieus quien patentoacute el disentildeo en 1931
12 MANATTINI Martiacuten Sistema conversor de energiacutea eoacutelica a 10kW Buenos Aires 2000 Trabajo de grado(Ingeniero Mecaacutenico) Universidad del Rosario Facultad de Ingenieriacutea Mecaacutenica
58
La maacutequina Darrieus se caracteriza por sus palas en forma de C que le hacen asemejarse a
un batidor de huevos Normalmente se construye con dos o tres palas(ver foto 15)
Foto 15 Maacutequina Darrieus
Las principales ventajas teoacutericas de una maacutequina de eje vertical son
1 Puede situar el generador el multiplicador etc en el suelo y puede no tener que
necesitar una torre para la maacutequina
2 No necesita un mecanismo de orientacioacuten para girar el rotor en contra del viento
Las principales desventajas son
1 A pesar que se puede evitar la torre las velocidades de viento seraacuten maacutes bajas en la
parte inferior (sitio del montaje del rotor)
2 La eficiencia promedio de las maacutequinas de eje vertical no es tan alta
3 La maacutequina no es de arranque automaacutetico es decir una maacutequina Darrieus
necesitaraacute un empuje antes de arrancar Sin embargo se puede utilizar el
generador como motor absorbiendo corriente de red para arrancar la maacutequina
4 La maacutequina puede necesitar cables tensores que la sujeten aunque esta solucioacuten no
es practicable en aacutereas muy cultivadas
5 Para sustituir el cojinete principal del rotor se necesita desmontar el rotor (esto es
aplicable tanto en las maacutequinas de eje horizontal como en las de eje vertical) En el
caso de las maacutequinas verticales esto implica que todo el sistema deberaacute ser
desmontado
59
312 Rotor
El rotor de una turbina eoacutelica es la parte esencial para conversioacuten de energiacutea cineacutetica del
aire en energiacutea mecaacutenica rotacional uacutetil en el eje se compone de las aspas y el cubo
(elemento de sujecioacuten de las aspas y conexioacuten del eje del equipo)
3121 Maacutequinas con rotor a barlovento
Las maacutequinas con rotor a barlovento tienen el rotor de cara al viento la gran mayoriacutea de los
aerogeneradores tienen este disentildeo La principal ventaja de los disentildeos corriente arriba es
que se evita el abrigo del viento tras la torre Por otro lado tambieacuten hay algo de abrigo
enfrente de la torre es decir el viento empieza a desviarse de la torre antes de alcanzarla
incluso si la torre es redonda y lisa
Foto 16 Aerogenerador con rotor a barlovento
El principal inconveniente de los disentildeos corriente arriba es que el rotor necesita ser
bastante inflexible y estar situado a una cierta distancia de la torre Ademaacutes una maacutequina
corriente arriba necesita un mecanismo de orientacioacuten para mantener el rotor de cara al
viento
60
3122 Maacutequinas con rotor a sotavento
Foto 17 Aerogenerador con rotor a sotavento
Las maacutequinas con rotor a sotavento tienen el rotor situado en la cara a sotavento de la torre
La ventaja teoacuterica que tienen es que pueden ser construidos sin un mecanismo de
orientacioacuten ya que el rotor y la carcasa tienen un disentildeo apropiado que hace que la carcasa
siga al viento pasivamente
La siguiente tabla relaciona el tamantildeo la potencia nominal del equipo y la velocidad tiacutepica
de rotacioacuten del rotor para una velocidad de viento nominal de 12ms
Tabla 10 Tamantildeo tiacutepico de aerogeneradores y su velocidad de rotacioacuten
Diaacutemetro del
rotor (m)
Potencia nominal a 12
ms del viento
Velocidad de rotacioacuten
tiacutepica (rpm)
10 100W 1000
25 1kW 500
70 8kW 200
175 50kW 80
250 100kW 50
400 260kW 35
Estos valores estaacuten sujetos a variaciones dependiendo de las caracteriacutesticasdel lugar de instalacioacuten del aerogenerador
61
313 Nuacutemero de aspas13
3131 Tripala
La mayoriacutea de aerogeneradores modernos tienen disentildeos tripala con el rotor a barlovento
en la cara de la torre que da al viento usando motores eleacutectricos en sus mecanismos de
orientacioacuten A este disentildeo se le suele llamar el claacutesico concepto daneacutes y tiende a
imponerse como estaacutendar al resto de conceptos evaluados La gran mayoriacutea de las turbinas
vendidas en los mercados mundiales poseen este disentildeo El concepto baacutesico fue introducido
por primera vez por el ceacutelebre aerogenerador de Gedser Otra de las caracteriacutesticas es el uso
de un generador asiacutencrono
Figura 16 Aerogenerador de tres aspas
3132 Bipala (oscilantebasculante)
Los disentildeos bipala de aerogeneradores tienen la ventaja de ahorrar el costo de una aspa y
por su puesto su peso Sin embargo suelen tener dificultades para penetrar en el mercado
en parte porque necesitan una mayor velocidad de giro para producir la misma energiacutea de
salida Esto supone una desventaja tanto en lo que respecta al ruido como al aspecto visual
Aproximadamente desde principios de los antildeos 90 varios fabricantes tradicionales de
maacutequinas bipala han optado por cambiar a disentildeos tripala
13 Tomado httpwwwwindpowerorgestourdesignconceptshtm
62
Figura 17a Aerogenerador de dos aspas
Las maacutequinas bi y monopala requieren de un disentildeo maacutes complejo con un rotor basculante
(buje oscilante) como el que se muestra en la figura 17b es decir el rotor tiene que ser
capaz de inclinarse con el fin de evitar fuertes sacudidas en la turbina cada vez que una de
las aspas pase por la torre Asiacute pues el rotor estaacute montado en el extremo de un eje
perpendicular al eje principal y que gira junto con el eje principal Esta disposicioacuten puede
necesitar de amortiguadores adicionales que eviten que las aspas del rotor choquen contra
la torre
Figura 17b Aerogenerador de dos aspas con rotor basculante
63
3133 Monopala
Los aerogeneradores monopala existen y ahorran el costo de otra aspa sin embargo los
aerogeneradores monopala no estaacuten muy extendidos comercialmente pues los
inconvenientes de los bipala tambieacuten son aplicables e incluso en mayor medida a las
maacutequinas monopala
Figura 18a Aerogenerador de una aspa
Ademaacutes de una mayor velocidad de giro y de los problemas de ruido y de intrusioacuten visual
necesitan un contrapeso en el lado del buje opuesto a la aspa que equilibre el rotor (veacutease
figura 18b) Obviamente esto anula el ahorro de peso comparado con un disentildeo bipala
Figura 18b Disposicioacuten del contrapeso de un aerogenerador monopala
64
314 Generador
Figura 19 Disposicioacuten tiacutepica de elementos de un aerogenerador
El aerogenerador convierte la energiacutea mecaacutenica en energiacutea eleacutectrica Los aerogeneradores
son algo inusuales si se les compara con los otros equipos generadores que suelen
encontrarse conectados a la red eleacutectrica
Una de las razones es que el generador debe trabajar con una fuente de potencia el rotor de
la turbina eoacutelica que suministra una potencia mecaacutenica muy variable (momento torsor)
3141 Generadores de corriente continua
El dinamo es una maquina eleacutectrica sencilla que se viene utilizando desde hace mucho
tiempo y que no presenta demasiadas complicaciones Su mayor inconveniente tal vez es
que utiliza escobillas en el colector lo que exige un mantenimiento superior al de los
alternadores
En los dinamos el inducido es el rotor la corriente generada en las bobinas inducidas es
alterna pero la salida se obtiene mediante dos semianillos en un giro por dos escobillas
colectoras que con el tiempo se desgastan Las bobinas inductoras se encuentran en el
estator y son alimentadas en serie o en paralelo por la corriente generada por la propia
maquina El arranque se realiza utilizando el magnetismo remanente en los polos inducidos
65
3142 Generadores de excitacioacuten o sincronos
Los generadores sincronos son alternadores claacutesicos que reciben la corriente de excitacioacuten
en forma de corriente continua bien sea desde una fuente exterior o desde otro alternador
auxiliar con rectificador incorporado Estos alternadores presentan ventajas sobre los
dinamos debido a que proporcionan mayor potencia con el mismo peso y a que trabajan a
un margen de revoluciones maacutes amplio Otra ventaja importante es que reciben la corriente
inductora en el motor a traveacutes de dos anillos completos por los que se deslizan las
escobillas y por los que pasan solo bajas intensidades resultando maacutes robustos que los
dinamos y con menos requisitos de mantenimiento Finalmente los alternadores sincronos
funcionan siempre de forma muy regular y pueden trabajar tanto en paralelo con la red
como alimentando sistemas eoacutelicos autoacutenomos
3143 Generadores de induccioacuten o asiacutencronos
Los generadores de induccioacuten reciben la corriente de excitacioacuten de una fuente exterior que
puede ser la red o alguacuten generador auxiliar pero en cualquier caso se trata de una corriente
alterna que crea un campo magneacutetico alterno de la misma frecuencia en el inductor
Los sistemas de control de los generadores de induccioacuten tienen la ventaja de que utilizan u
rotor jaula de ardilla el cual no necesita ni anillos ni escobillas Sin embargo el hecho de
depender de la red limita su aplicacioacuten y hay que prever los efectos de posibles fallos en la
alimentacioacuten o sobretensiones que ocurren con relativa frecuencia en las redes rurales
3144 Voltaje generado (tensioacuten)
Los generadores anteriormente mencionados pueden producir corriente alterna o corriente
directa Los equipos eoacutelicos de generacioacuten producen electricidad a una variedad de voltajes
desde 12 a 24VDC para carga de bateriacuteas o desde 120 a 240VCA para interconexioacuten con
la red eleacutectrica aunque se pueden conseguir otros voltajes seguacuten necesidad
En grandes aerogeneradores (alrededor de 100-150kW) el voltaje generado por la turbina
suele ser de 690V de corriente alterna trifaacutesica CA Posteriormente la corriente es enviada
a traveacutes de un transformador anexo a la turbina (o dentro de la torre) para aumentar su
voltaje entre 10000 y 30000V dependiendo del estaacutendar de la red eleacutectrica local
66
3145 Sistema de refrigeracioacuten
Todos los tipos de generadores necesitan refrigeracioacuten durante su funcionamiento En la
mayoriacutea de turbinas la refrigeracioacuten se lleva a cabo mediante encapsulamiento del
generador en un conducto utilizando un gran ventilador para la refrigeracioacuten por aire
aunque algunos fabricantes usan generadores refrigerados por agua Los generadores
refrigerados por agua pueden ser construidos de forma maacutes compacta lo que tambieacuten les
proporciona algunas ventajas en cuanto a rendimiento eleacutectrico se refiere aunque precisan
de un radiador en la carcasa para eliminar el calor del sistema de refrigeracioacuten por liacutequido
3146 Opciones de disentildeo en generadores y conexioacuten a red
Las turbinas eleacutectricas pueden ser disentildeadas tanto con generadores siacutencronos como
asiacutencronos y con varias formas de conexioacuten directa o conexioacuten indirecta a red del
generador
La conexioacuten directa a red significa que el generador estaacute conectado directamente a la red
de corriente alterna (generalmente trifaacutesica) La conexioacuten indirecta a red significa que la
corriente que viene de la turbina pasa a traveacutes de una serie de dispositivos eleacutectricos que
ajustan la corriente para igualarla a la de la red En generadores asiacutencronos esto ocurre de
forma automaacutetica
315 Sistema de transmisioacuten14
Este sistema convierte la energiacutea rotacional suministrada por la turbina a traveacutes de su eje
en movimiento para alimentacioacuten del generador eleacutectrico En sistemas pequentildeos (menos de
10kW de potencia eleacutectrica nominal) se utiliza comuacutenmente generadores de imanes
permanentes especialmente disentildeados para ser aclopados a turbinas eoacutelicas y por tanto no
se utiliza una caja de aumento de velocidad de rotacioacuten realizaacutendose una conexioacuten directa
entre el rotor y el generador teniendo en cuenta que la turbina eoacutelica gira entre 30 y 100
rpm dependiendo su diaacutemetro
14 PINILLA S Aacutelvaro Manual de aplicacioacuten de la energiacutea eoacutelica Bogotaacute DC INEA 1997 p43
67
3151 Sistema de transmisioacuten sin engranajes
Se usan generadores multipolos de baja velocidad de grandes dimensiones que implica
cierta desventaja en el transporte especialmente en la magnitud de los MW de otro lado el
nuacutemero de partes de maquinaria se reduce considerablemente (caja de engranajes
elementos de acople pocos elementos rotacionales) ademaacutes el disentildeo de la carcasa se
simplifica se usa en combinacioacuten de un control por peacuterdidas aerodinaacutemicas y un sistema de
orientacioacuten eleacutectrico de la turbina se evita asiacute mismo cualquier lubricacioacuten esta es una
ventaja de mantenimiento y operacioacuten Los costos son mayores con respecto a la
transmisioacuten con engranajes Su aplicacioacuten es muy limitada debido a la dificultad en el
transporte como consecuencia de su gran tamantildeo y tambieacuten por su alto costo
3152 Sistema de transmisioacuten con engranajes
Es la forma tradicional de disentildear una turbina esta es la unioacuten entre el rotor y el generador
por medio de una transmisioacuten de engranajes y acoples Su costo es menor presenta una
carcasa maacutes compacta lo cual es posible con la integracioacuten de muchos componentes dentro
de la caja de engranajes correctamente disentildeado es capaz de tener una vida uacutetil de 20 antildeos
aproximadamente y el cambio de aceite lubricante puede ser hecho pocas veces La gran
mayoriacutea de fabricantes de aerogeneradores en todo el mundo utiliza este sistema ya que su
tamantildeo se reduce considerablemente asiacute como su costo
316 Torres
La torre del aerogenerador soporta la carcasa y el rotor En los grandes aerogeneradores las
torres tubulares pueden ser de acero de celosiacutea o de hormigoacuten
Las torres tubulares tensadas con cables de acero solo se utilizan en aerogeneradores de
baja potencia (cargadores de bateriacuteas etc)
68
3161 Torres tubulares de acero
La mayoriacutea de los grandes aerogeneradores actualmente se instalan con torres tubulares de
acero como las de la foto 18 fabricadas en secciones de 20-30metros con bridas en cada
uno de los extremos y son unidas con pernos Las torres son tronco-coacutenicas es decir con
un diaacutemetro creciente hacia la base con el fin de aumentar su resistencia y al mismo tiempo
ahorrar material
Foto 18 Torres tubulares de acero
3162 Torres de celosiacutea
Las torres de celosiacutea son fabricadas utilizando perfiles de acero soldados La ventaja baacutesica
de las torres de celosiacutea es su costo puesto que una torre de celosiacutea requiere soacutelo la mitad de
material que una torre tubular sin sustentacioacuten adicional con la misma rigidez La principal
desventaja de este tipo de torres es su apariencia visual En cualquier caso por razones
esteacuteticas las torres de celosiacutea han desaparecido praacutecticamente en los grandes
aerogeneradores modernos
69
Foto 19 Aerogenerador con torre de celosiacutea
3163 Torres de maacutestil tensadas con cables de acero
Muchos de los aerogeneradores pequentildeos estaacuten construidos con delgadas torres de maacutestil
sostenidas por cables tensores La ventaja es el ahorro de peso y por lo tanto de costo La
desventaja es el difiacutecil acceso a las zonas alrededor de la torre
Finalmente este tipo de torres es maacutes propensa a sufrir actos vandaacutelicos lo que
compromete la seguridad del conjunto
Foto 20 Aerogenerador con torre de maacutestil tensado
70
317 Sistema eleacutectrico15
La conversioacuten de energiacutea de muchas turbinas modernas puede ser dividida en 3 conceptos
principales maacutequinas con velocidad constante maacutequinas con 1 o 2 velocidades y maacutequinas
de velocidad variable Los 3 principales componentes para conversioacuten de energiacutea en
turbinas eoacutelicas son rotor caja de engranajes y generador
En las maacutequinas de velocidad constante el generador es directamente conectado a la red
principal (esta red es la del sistema de transmisioacuten) La frecuencia de la red determina la
velocidad rotacional del generador y asiacute la del rotor
La baja velocidad rotacional del rotor de la turbina (Vrotor) es trasladada a la velocidad
rotacional del generador con la relacioacuten de transmisioacuten (r) de la caja de engranajes La
velocidad de generador depende del nuacutemero de polos (p) y la frecuencia de la red (Fred)
rVV generadorrotor ==== pFV redgenerador ==== prFV redrotor ====
Las ventajas maacutes grandes de las turbinas eoacutelicas con generadores asiacutencronos son
1 La simple y econoacutemica construccioacuten
2 No existen mecanismos de sincronizacioacuten
Como desventajas se tiene
1 Las altas corrientes de arranque
2 Su demanda por potencia reactiva
En maacutequinas de velocidad variable el generador es conectado a la red por un sistema
inversor electroacutenico o el embobinado de excitacioacuten del generador es movido por una
frecuencia externa de un inversor
15 URIBE C Juan P Estudio sobre la viabilidad teacutecnica y econoacutemica del uso de sistemas hiacutebridos para lageneracioacuten de energiacutea eleacutectrica Bogotaacute DC 1996 Trabajo de grado (Ingeniero Eleacutectrico) Universidad delos Andes Facultad de Ingenieriacutea Eleacutectrica
71
En el primer caso se habla de sistemas generadores con corriente directa asociada al
inversor y en el segundo caso se habla de sistemas del generador asincroacutenico doble
La idea baacutesica de la turbina de velocidad variable es la posibilidad de separacioacuten de la
velocidad rotacional del generador y asiacute del rotor de la frecuencia de la red El rotor puede
operar con velocidad variable ajustado a la velocidad del viento actual de la situacioacuten
Las principales ventajas son
1 Reduccioacuten de la potencia
2 Reduccioacuten de las fluctuaciones de carga mecaacutenicas cambiando la energiacutea eoacutelica en
energiacutea rotacional del rotor de la turbina
3 Mejor ajuste de la velocidad del rotor para operar con un coeficiente de potencia
maacuteximo
3171 Conexioacuten a la red de las turbinas
La conexioacuten de las turbinas a los sistemas suplementarios es posible a
1 Sistemas de bajo voltaje para turbinas pequentildeas a medianas hasta 300kW
2 Sistemas de voltaje medio para turbinas medianas a grandes y pequentildeas a medianas
granjas eoacutelicas hasta 10 a 15MW
3 Sistemas de voltaje alto grandes granjas eoacutelicas
Muchas de las turbinas son conectadas al sistema de voltaje medio debido a las altas
peacuterdidas en los voltajes de liacutenea bajos
Cada una de la turbinas en las granjas eoacutelicas tienen un propio transformador del nivel de
voltaje medio Para granjas eoacutelicas grandes se requiere una subestacioacuten separada por la
transformacioacuten del sistema de voltaje medio al sistema de voltaje alto requerido
72
32 EXTRACCIOacuteN DE POTENCIA16
Los aerogeneradores usan la energiacutea eoacutelica del flujo de viento Sus rotores reducen la
velocidad del viento V1 a una velocidad V2 detraacutes del rotor (ver figura 20)
Figura 20 Caracterizacioacuten del viento para la extraccioacuten de potencia en un aerogenerador
Para evaluar la energiacutea contenida por el viento se deben hacer las siguientes
consideraciones
El viento en el momento de pasar a traveacutes del rotor del aerogenerador lleva una energiacutea
que es igual a
]Julios[vm50E2
VVv ==== (1)
Donde
Ev Energiacutea cineacutetica [J]
vV Velocidad del viento [ms]
mV Masa del viento [kg]
16 RESTREPO V Aacutelvaro H Aerogeneracioacuten experimental de baja potencia Bogotaacute DC 1998 Trabajo demagiacutester (Ingeniero Mecaacutenico) Universidad de los Andes Facultad de Ingenieriacutea Mecaacutenica
73
Como el viento que pasa a traveacutes del rotor no se acumula la cantidad de masa de viento
por unidad de tiempo que esta antes del rotor es la misma despueacutes de haber pasado por el
Es decir
]skg[vAm vrvv ρρρρ==== (2)
Donde
mv Flujo maacutesico del viento [kgs]
ρρρρv Densidad del viento [kgm3] (aprox 12kgm3)
Ar Aacuterea barrida por el rotor [m2]
vv Velocidad del viento [ms]
La potencia que tiene el viento dividiendo por la unidad de tiempo la ecuacioacuten (1) es
]vatios[vm50P 2vvv ==== (3)
Si se reemplaza la ecuacioacuten (2) en la ecuacioacuten (3) se obtiene la potencia eoacutelica medida en
vatios la cual es directamente proporcional al cubo de su velocidad
]vatios[vA50P 3vrvv ρρρρ==== (4)
En donde
Pv Potencia del viento en vatios [W]
Sin embargo no toda la potencia del viento puede ser convertida a energiacutea mecaacutenica del
rotor si toda la potencia se aprovechara la velocidad del viento detraacutes del rotor seria igual
a cero Como esto no sucede existe un liacutemite para la extraccioacuten de dicha potencia
denominado el liacutemite de Betz
74
321 Potencia maacutexima uacutetil extraiacuteda al viento
El porcentaje maacuteximo teoacuterico que se puede obtener de la potencia del viento teniendo en
cuenta el liacutemite de Betz es entonces
]vatios)[vA50(5930P 3vrvUV ρρρρ==== (5)
Donde
PUV Potencia maacutexima uacutetil extraiacuteda del viento [W]
0593 Liacutemite de Betz (Coeficiente de desarrollo)
El coeficiente de desarrollo [Cp] en condiciones ideales es 1627 = 0593 el cual se va
explicar seguidamente de acuerdo con la ley de Betz
3211 La ley de Betz
La ley de Betz fue formulada por primera vez por el fiacutesico alemaacuten Albert Betz en 1919 y
dice que ldquosoacutelo puede convertirse menos de 1627 (el 59) de la energiacutea cineacutetica en
energiacutea mecaacutenica usando un aerogeneradorrdquo
3212 Demostracioacuten de la ley de Betz17
Se considera cosa bastante razonable que la velocidad promedio del viento a traveacutes del
aacuterea del rotor es el promedio de la velocidad del viento sin perturbar antes de la turbina
eoacutelica v1 y la velocidad del viento despueacutes de su paso por el plano del rotor v2 (veacutease
figura 20) esto es
(((( )))) 22v1v ++++ (6)
La masa de la corriente de aire a traveacutes del rotor durante un segundo es
2)2v1v(Am rv ++++==== ρρρρ (7)
75
Donde
m Masa por segundo
ρρρρv Densidad del aire
Ar Aacuterea barrida por el rotor
[(v1+v2)2] Velocidad del viento promedio a traveacutes del aacuterea del rotor
La potencia del viento extraiacuteda por el rotor es igual a la masa por la diferencia de los
cuadrados de la velocidad del viento (de acuerdo con la segunda ley de Newton)
)2v1v(m)21(P 22 minusminusminusminus==== (8)
Sustituyendo en esta expresioacuten la m de la ecuacioacuten (9) se obtiene la siguiente expresioacuten
para la potencia extraiacuteda del viento
r22 A)2v1v()2v1v()4(P ++++minusminusminusminus==== ρρρρ (9)
Ahora este resultado se compara con la potencia total de una corriente de viento no
perturbada a traveacutes de exactamente la misma aacuterea sin ninguacuten rotor que bloquee el viento
Llamando a esta potencia P0
r3 A1v)2(Po ρρρρ==== (10)
La relacioacuten entre la potencia que extraemos del viento y la potencia del viento sin perturbar
es
))1v2v(1()1v2v(1()21()PoP( 2 ++++minusminusminusminus==== (11)
17 Tomado http wwwwindpowerorgesstatbetzprohtm
76
Asiacute se puede dibujar PP0 en funcioacuten de v2v1
Figura 21 Potencia maacutexima extraiacuteda del viento
Se puede ver que la funcioacuten alcanza su maacuteximo para v2v1 = 13 (0333) y que el valor
maacuteximo de la potencia extraiacuteda del viento es de 059 veces oacute 1627 de la potencia total del
viento
CAPIacuteTULO 4
4 ANAacuteLISIS TEacuteCNICO
41 DETERMINACIOacuteN DEL SITIO
Para desarrollar la presente aplicacioacuten teacutecnica de la energiacutea eoacutelica fue seleccionado como
sitio la vereda Tibista zona rural de Saboyaacute municipio del departamento de Boyacaacute El
sitio fue seleccionado gracias a las caracteriacutesticas topograacuteficas de esta zona debido a que la
vegetacioacuten es fundamentalmente hierba con pocos aacuterboles pequentildeos (ya que este es un
factor muy importante que se tuvo en cuenta) Este lugar esta a una altura de 2800 msnm
411 Saboyaacute (Boyacaacute)
Su cabecera estaacute localizada a los 5deg42rsquo03rdquo de latitud norte y 73deg46rsquo08rdquo de longitud oeste
con una temperatura media de 14degC a 2600msnm localizado a una distancia de 85km de
Tunja El aacuterea municipal es de 251km2 y limita por el norte con el departamento de
Santander por el este con los municipios de Santa Sofiacutea y Sutamarchan por el sur con
Chiquinquiraacute y por el oeste con Bricentildeo y Chiquinquiraacute Su territorio es montantildeoso y
corresponde a la cordillera oriental su principal afluente es el riacuteo Suaacuterez
Seguacuten censo de 1993 la poblacioacuten de la cabecera municipal era de 671 habitantes y el
sector rural teniacutea 12177 habitantes las actividades econoacutemicas de mayor importancia son
la agricultura (maiacutez papa plaacutetano y cafeacute) la ganaderiacutea y el comercio
78
Figura 22 Ubicacioacuten del municipio de Saboyaacute (Boyacaacute)
412 Vereda Tibista
Esta vereda se encuentra localizada a 2800 msnm a una distancia de 5km de la cabecera
municipal de Saboyaacute seguacuten censo realizado por la subdireccioacuten de geografiacutea del Instituto
Geograacutefico Agustiacuten Codazzi en su esquema de ordenamiento territorial municipal 2001 ndash
2009 para Saboyaacute la poblacioacuten para esta vereda era de 1600 habitantes su vegetacioacuten
predominante es el curubo el maiacutez y pasto para ganaderiacutea Para la ubicacioacuten geograacutefica de
esta vereda ver anexo 1
42 METODOLOGIacuteA GENERAL PARA LA REALIZACIOacuteN DEL PROYECTO
La metodologiacutea que se describe a continuacioacuten seraacute la utilizada para realizar una apropiada
evaluacioacuten del recurso eoacutelico en la vereda Tibista y posterior anaacutelisis de ingenieriacutea para el
montaje del sistema conversor de energiacutea eoacutelica
1 Estudio del potencial eoacutelico para la zona haciendo un anaacutelisis del reacutegimen de vientos
2 Modelamiento matemaacutetico para calcular la entrega de energiacutea eoacutelica
79
3 Estimacioacuten del consumo de energiacutea eleacutectrica para una vivienda rural incluyendo la
bomba centriacutefuga para el suministro de agua y equipos utilizados en el aacuterea agriacutecola
4 Anaacutelisis para el desempentildeo del aerogenerador
5 Caacutelculo del banco de bateriacuteas
6 Caacutelculo del inversor
7 Caacutelculo del regulador
8 Montaje final del sistema conversor de energiacutea eoacutelica
421 Estudio del potencial eoacutelico
Se contoacute con datos confiables de medicioacuten de velocidad de viento tomados a 10m de altura
con respecto a la superficie suministrados por la CAR (Corporacioacuten Autoacutenoma Regional
de Cundinamarca) gracias a una estacioacuten metereoloacutegica que esta entidad teniacutea ubicada en
la vereda Tibista zona rural de Saboyaacute llamada ldquoALTO SABOYAacuterdquo Con la informacioacuten
recopilada se obtiene un promedio del reacutegimen de vientos anual mensual diario y horario
ademaacutes un estudio de frecuencia por horas Todo esto para hallar la funcioacuten de densidad de
probabilidad de Weibull que caracteriza el comportamiento del viento a nivel general para
hallar el factor de forma K que se explicaraacute en el numeral 422
4211 Estacioacuten ldquoAlto Saboyaacuterdquo
En la tabla 11 se muestran los datos de la estacioacuten metereoloacutegica utilizada por la CAR
para el estudio de reacutegimen de vientos y en el anexo 2 se puede observar la ubicacioacuten
geograacutefica de dicha estacioacuten
Tabla 11 Datos geograacuteficos de la estacioacuten metereoloacutegica
ESTACIOacuteN 2401520 ALTO SABOYAacute
Entidad CAR Zona norte
Latitud 0543N Departamento Boyacaacute
Longitud 7349W Municipio Saboyaacute
Elevacioacuten 2800 msnm Cuenca Riacuteo Suaacuterez
80
4212 Anaacutelisis del reacutegimen de vientos
La informacioacuten del reacutegimen de vientos se puede ilustrar en la tabla 12 la cual nos indica el
promedio diario y mensual durante 1997 En el anexo 3 se pueden observar los regiacutemenes
de vientos de la estacioacuten ldquoALTO SABOYAacuterdquo de antildeos anteriores a 1997 con el fin de
justificar que el potencial eoacutelico para la zona no ha cambiado intensamente en el tiempo
Tabla 12 Direccioacuten predominante y velocidad media diaria del viento en ms para la
estacioacuten ldquoALTO SABOYAacuterdquo
DIA ENERO FEBRERO MARZO ABRIL MAYO JUNIO JULIO AGOSTO SEPTIEM OCTUBRE NOVIEM DICIEM
1 SW 26 E 98 SW 26 NE 71 NE 75 NE 81 E 29 E 85 NW 212 E 52 NE 59 SW 27 NE 72 E 67 NE 60 E 55 E 64 NE 303 NE 83 E 58 NE 63 E 45 N 45 NE 50 E 92 E 65 NE 314 NW 27 E 66 E 62 N 59 E 33 N 49 N 21 E 78 E 58 NE 795 NW 25 W 36 NE 57 E 65 NE 28 N 41 E 56 E 84 E 58 NE 1006 E 39 NW 25 NE 28 E 65 NE 55 NE 63 N 85 NE 81 E 57 NE 957 NE 51 W 29 E 40 E 60 NW 22 NE 73 NE 147 NE 97 NE 32 NE 878 E 50 NE 30 E 38 E 94 W 26 N 54 E 118 E 115 NE 52 N 629 NE 25 NE 39 NE 26 E 35 E 86 E 39 NE 63 NE 99 E 50 NW 2510 NE 21 NE 34 E 47 E 46 E 70 E 84 NE 58 E 65 E 59 E 5411 SW 22 NE 76 E 47 E 35 NE 50 NE 63 N 27 E 55 NE 3112 W 31 E 91 E 69 E 52 NE 54 E 91 E 58 SE 31 NE 3613 NW 31 E 103 E 87 E 62 NE 83 N 60 NE 75 NE 74 SW 2514 NW 23 E 114 E 57 E 62 NE 65 N 67 N 50 NE 74 SW 32 SW 4515 SW 35 E 90 E 42 E 50 NE 42 N 50 N 48 NE 124 SW 24 W 2316 W 26 NE 42 NE 43 E 88 E 92 NE 39 NE 66 N 54 NE 117 SW 28 NE 2917 NW 24 NE 72 NE 32 E 83 E 76 NE 74 NE 79 N 66 NE 88 W 35 NE 3218 W 30 E 72 E 61 E 100 NE 44 NE 107 NE 65 E 68 NW 32 NE 4019 SW 26 NW 24 NE 75 NE 57 NE 88 N 65 NE 39 NE 18 E 3720 SW 23 E 57 W 56 N 57 NE 60 NE 81 NE 83 NE 46 NE 34 E 4121 E 32 W 54 N 47 NE 26 NE 67 N 61 NE 29 NE 32 NE 5422 SW 26 W 51 E 76 NE 40 N 59 N 61 E 43 N 43 E 8423 W 31 E 58 W 47 NE 88 NE 107 NE 64 E 35 E 37 E 8324 E 30 E 70 SW 31 W 20 NE 44 NE 157 E 59 E 61 NE 82 NE 3125 E 29 E 67 SW 32 NW 23 NE 37 NE 151 E 100 E 73 N 55 W 2726 W 29 E 69 SW 41 NE 28 NE 44 NE 146 E 121 NE 82 N 28 SW 3627 W 30 E 91 W 52 E 27 E 32 NE 122 NE 133 NE 94 N 42 W 3728 SW 34 E 98 W 45 W 34 NE 95 NE 99 N 28 NE 3129 W 34 S 37 E 51 NE 88 E 74 E 110 NE 29 E 6130 W 38 S 33 NE 89 NE 54 N 26 NE 50 NE 45 E 4731 SW 26 S 37 NE 49 E 50 E 74
MEDIA SW 29 E 55 E 54 E 48 E 67 NE 50 NE 80 NE 75 NE 68 NE 50 E 48 NE 54
MEDIA NE 57
81
Con los datos descritos en la tabla 12 se procede a determinar las variaciones de la
velocidad de viento en diferentes lapsos de tiempo durante el antildeo Estos resultados se
lograron gracias a la aplicacioacuten del programa HOMERPRO (The Hybrid Optimization
Model for Electric Renewables) del NREL (National Energy Research Laboratory)18 Asiacute
NREL es un instituto del Departamento de Energiacutea de los Estados Unidos ubicado en
Colorado (California) El instituto es un centro principal para la investigacioacuten en las ceacutelulas
de combustible en la energiacutea solar en la energiacutea eoacutelica en la de las plantas Ademaacutes de los
edificios inteligentes disentildeo de vehiacuteculos avanzados en la energiacutea geoteacutermica y del
hidroacutegeno
Figura 23 Velocidad anual del viento en la vereda Tibista (ms)
18 Tomado httpwwwnrelgovhomerpro
82
Figura 24 Velocidad mensual del viento en la vereda Tibista (ms)
Figura 25 Velocidad diaria del viento en la vereda Tibista (ms)
83
Figura 26 Velocidad horaria del viento en la vereda Tibista (ms)
Analizando los datos recopilados se pudo obtener una informacioacuten de una velocidad media
anual de 57ms velocidad adecuada para llevar a cabo el proyecto de aprovechamiento
energeacutetico como se indica en la tabla 13 el montaje de un aerogenerador es viable para
este rango de velocidad
84
Tabla 13 Relaciones generales entre viabilidad y velocidad de viento para su uso como
fuente de energiacutea19
Promedio anual de velocidad de
viento a 10m de altura
Posibilidad de uso de la energiacutea eoacutelica
Menor a 3ms Usualmente no es viable a menos que existan
circunstancias especiales como las variaciones
estacioacutenales
3 ndash 4ms Puede ser una buena opcioacuten para equipos eoacutelicos de
bombeo de agua (aerobombeo) poco viable para
generacioacuten eleacutectrica con equipos eoacutelicos
(aerogeneracioacuten)
4 ndash 5ms Aerobombas son competitivas econoacutemicamente a
los equipos diesel aerogeneracioacuten con equipos
autoacutenomos es viable
Maacutes de 5ms Viable para aerobombeo y aerogeneracioacuten con
sistemas autoacutenomos
Maacutes de 6ms Viable para aerobombeo aerogeneracioacuten con
sistemas autoacutenomos y para sistemas conectados a la
red eleacutectrica
422 Modelamiento matemaacutetico para calcular la entrega de energiacutea eoacutelica20
Este anaacutelisis matemaacutetico combina el comportamiento de sistemas de conversioacuten de energiacutea
eoacutelica con las condiciones de viento como frecuencia de distribucioacuten del mismo Este
anaacutelisis permite hacer una estimacioacuten vaacutelida y bastante cercana de la produccioacuten neta de un
sistema eoacutelico cuando dicho sistema es localizado en un reacutegimen de vientos especiacutefico
Para este caso la vereda Tibista zona rural del municipio de Saboyaacute (Boyacaacute)
19 PINILLA S Aacutelvaro Manual de aplicacioacuten de la energiacutea eoacutelica Bogotaacute DC INEA 1997 p29
20 Ibid p71
85
Los registros continuos de la velocidad del viento se traducen en una curva de frecuencia de
velocidades que en realidad corresponden a un histograma de velocidades Esta curva se
hace para el antildeo completo permitiendo conocer asiacute los rangos de velocidad y el porcentaje
del tiempo total a que corresponde cada una Al agrupar los datos mensualmente se
determinar las variaciones estacioacutenales y finalmente el comportamiento del viento a largo
del antildeo La curva de frecuencia de velocidades permite conocer la cantidad de horas en la
que una velocidad dada aparece en un sitio y se le puede dar la forma de frecuencia de
energiacutea por unidad de aacuterea obteniendo la velocidad de viento de maacutexima energiacutea
De los anaacutelisis estadiacutesticos de la distribucioacuten de velocidades del viento se ha observado un
patroacuten tiacutepico al que es posible aplicarle una funcioacuten matemaacutetica La funcioacuten de distribucioacuten
de WEIBULL modela con relativa exactitud el comportamiento del viento la ecuacioacuten de
Weibull estaacute definida por
)xG(1K KexGk)x(f minusminus= (1)
Donde k es el factor de forma de Weibull que en este caso tiene un valor de 201 ( hallado
gracias al programa HOMERPRO descrito anteriormente) y χ es la variacioacuten de la
velocidad desde 0 a 30ms y G se puede calcular como
k0434O568G += (2)
01243405680G +=
78390G ====
86
Reemplazando los datos anteriormente obtenidos en la ecuacioacuten (1) se obtiene la funcioacuten de
probabilidad Posteriormente tomando valores de 0 a 30ms se encuentra la curva de
frecuencia de velocidades para la vereda Tibista (ver figura 27)
)x78390(1012 012ex78390012)x(f minusminusminusminusminusminusminusminus====
Figura 27 Probabilidad de Weibull para la vereda Tibista
423 Estimacioacuten del consumo tiacutepico para vivienda rural
En la tabla 14 se presenta la estimacioacuten del consumo de energiacutea eleacutectrica de algunos
electrodomeacutesticos que son utilizados comuacutenmente en una vivienda de este tipo incluyendo
algunos equipos agriacutecolas Se toma un estimativo de seis habitantes para dicha vivienda
87
Tabla 14 Consumo tiacutepico de energiacutea eleacutectrica en la zona de estudio
EQUIPO Cantidad Potencia (W)
Potencia Pico(W)
HorasUso
kWhDiacutea
kWhMes
Bombilla ahorradora 8 20 160 800 128 384
Equipo de sonido 1 80 80 500 04 120
Televisor 1 150 150 500 075 225
Licuadora 1 350 350 025 00875 26
Plancha 1 1000 1000 075 075 225
Nevera 1 250 250 1200 30 900
Cerca eleacutectrica 50km 10 10 24 024 72
Bomba centrifuga 1 560 560 075 042 504
TOTAL 2560 693 20024
Total kWhdiacutea = 693
Total kWhmes = 20024
Total kWhantildeo = 240288
4231 Caacutelculo de la bomba eleacutectrica
Ademaacutes de la demanda de energiacutea eleacutectrica a utilizar se hace un caacutelculo del consumo de
agua para las necesidades baacutesicas de los habitantes antes mencionados
bull Consumo por persona 55Litros por diacutea (lpd)
bull Consumo total 55lpd 6 = 330 lpd
bull Tanque de reserva 1 de1000litros
Para la escogencia de la bomba a utilizar se tiene en cuenta la altura de descarga que son
35m (veacutease figura 28) se observa que la bomba numero1 nos entrega alrededor de 225
litros por minuto (lpm) y la bomba nuacutemero 2 nos entrega 40 lpm para llenar el tanque las
bombas durariacutean en funcionamiento 45 y 25 minutos respectivamente Los 1000 litros
alcanzariacutean para 2 diacuteas y medio de consumo logrando con ello que solo se pusiera en
funcionamiento la bomba uacutenicamente durante 12 diacuteas del mes
88
Se escogioacute la bomba de frac34 hp ya que vamos a tener un consumo en el mes menor que con
la bomba de 1hp a pesar de que el tiempo de llenado es menor con esta uacuteltima Esta bomba
va a trabajar con un motor de corriente continua y se conecta directamente al banco de
bateriacuteas Este tipo de bomba centriacutefuga tiene caracteriacutesticas tales como el suministro de
agua a grandes alturas extraccioacuten de agua de pozos llanos y profundos y uso domeacutestico
Figura 28 Curva de rendimiento de bombas centrifugas
Tabla 15 Bomba Centriacutefuga
Marca Barnes Potencia (HP) frac34 Diaacutemetro de succioacuten (rdquo) 114
Ref Liacutenea jet 77 Temperatura maacutexima
de operacioacuten (degC)
70 Diaacutemetro de descarga (rdquo) 1
89
424 Anaacutelisis para el desempentildeo del aerogenerador
Teniendo el reacutegimen de vientos para la zona de estudio aplicando la curva de frecuencia de
velocidades (ver figura 27) y el consumo tiacutepico de la vivienda rural (ver tabla 14) se
procede a buscar el aerogenerador que trabaje oacuteptimamente con las caracteriacutesticas del
reacutegimen de vientos y que cumpla con la demanda de energiacutea eleacutectrica Ademaacutes se utilizara
la curva tiacutepica de potencia de cada aerogenerador que es suministrada por los fabricantes
Se hallaraacuten los kWhmes suministrados por aerogeneradores tiacutepicos de 1kW 15kW y
3kW para las condiciones anteriormente expuestas con el fin de hacer un comparativo
para seleccionar el aerogenerador que maacutes se adapte a las condiciones tanto teacutecnicas como
econoacutemicas de este proyecto
4241 Aerogenerador de 1kW
0
200
400
600
800
1000
1200
2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20
Velocidad del viento (ms)
Figura 29 Curva tiacutepica de potencia de un aerogenerador de 1kW
90
Tabla 16 Desempentildeo del aerogenerador de 1kW para la vereda Tibista
Velocidad del viento (ms)1
Potencia(W)2
Probabibilidadde viento ()3
Producto de potencia porprobabilidad de viento (W)4
1 0 476 0002 0 885 0003 0 1175 0004 35 1320 4625 76 1325 10076 138 1216 16787 276 1034 28538 401 819 32849 750 609 4567
10 900 426 383411 980 281 275412 1000 175 175013 1000 103 103014 1000 057 57015 674 030 20216 900 015 13517 850 007 06118 800 003 02419 750 001 01020 700 001 007
TOTAL 9958 24228
1 Rango de velocidades de viento de 0 a 20ms 2 Potencia eleacutectrica tiacutepica del aerogenerador para cada velocidad 3 Reacutegimen de vientos especifico para la vereda Tibista (veacutease figura 27) 4 Potencia eleacutectrica que suministra el aerogenerador para la vereda Tibista
Promedio de potencia de salida = 24228W
Energiacutea de salida mensualmente = 255kWhmes
Energiacutea de salida anualmente = 3066kWhantildeo
Energiacutea de salida diariamente = 84kWhdiacutea
91
4242 Aerogenerador de 15kW
0
500
1000
1500
2000
2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20
Velocidad del viento (ms)
Figura 30 Curva de potencia tiacutepica de un aerogenerador de 15kW
Tabla 17 Desempentildeo del aerogenerador de 15kW para la vereda Tibista
Velocidad delviento (ms)
Potencia(W)
Probabibilidadde viento ()
Producto de potencia porprobabilidad de viento (W)
1 0 476 0002 0 885 0003 180 1175 21154 300 1320 39605 410 1325 54326 600 1216 72967 800 1034 82728 1000 819 81909 1100 609 6699
10 1250 426 532511 1400 281 393412 1550 175 271213 1650 103 170014 1780 057 101515 1600 030 48016 1500 015 22517 1520 007 10618 1550 003 04619 1600 001 01620 1620 001 016
TOTAL 9958 57539
92
Promedio de potencia de salida = 57539W
Energiacutea de salida mensualmente = 38325kWhmes
Energiacutea de salida anualmente = 4599kWhantildeo
Energiacutea de salida diariamente = 1277kWhdiacutea
4243 Aerogenerador de 3kW
0500
1000150020002500300035004000
2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20
Velocidad del viento (ms)
Figura 31 Curva de potencia tiacutepica de un aerogenerador de 3kW
93
Tabla 18 Desempentildeo del aerogenerador de 3kW para la vereda Tibista
Velocidad del viento (ms)
Potencia(W)
Probabibilidadde viento ()
Producto de potencia porprobabilidad de viento (W)
1 0 476 0002 0 885 0003 250 1175 29384 510 1320 67325 760 1325 100706 1050 1216 127687 1490 1034 154078 1899 819 155539 2179 609 1327010 2499 426 1064611 2749 281 772512 3099 175 542313 3279 103 337714 3499 057 199415 3249 030 97516 2999 015 45017 3049 007 21318 3059 003 09219 3199 001 03220 3339 001 033
TOTAL 9958 107698
Promedio de potencia de salida = 107698W
Energiacutea de salida mensualmente = 7665kWhmes
Energiacutea de salida anualmente = 9198kWhantildeo
Energiacutea de salida diariamente = 2555kWhdiacutea
Con los desempentildeos mostrados por cada aerogenerador se puede deducir que
1 El aerogenerador de 1kW no suple las necesidades de energiacutea demandada
2 El aerogenerador de 15kW cumple con los requerimientos de demanda de energiacutea
sin estar sobredimensionado
3 El aerogenerador de 3kW tambieacuten cumple con la demanda de energiacutea pero de una
manera sobredimensionada y se descarta de antemano por razones de tipo
econoacutemico
94
En conclusioacuten se tiene que el aerogenerador escogido para este proyecto es el de 15kW
en el mercado internacional se pueden encontrar aerogeneradores de esta potencia nominal
de diferentes fabricantes como se muestra en la tabla 19
Tabla 19 Aerogeneradores de 15kW
ModeloDatos
Teacutecnicos
BergeyBwc Excel
1500
JBornayInclin Neo
1500
WhisperH 1500
PotenciaNominal
(W)1500 1500 1500
Velocidad del vientopara arranque
(ms)36 35 34
Velocidad parapotencia nominal
(ms)125 12 125
Nuacutemero de aspas 3 2 3
Diaacutemetro(m)
3 286 27
Material Fibra devirdiocarbono
Fibra devirdiocarbono
Fibra devirdiocarbono
GeneradorAlternador
trifaacutesico de imanespermanentes
Alternador trifaacutesico de imanes
permanentes
Alternador trifaacutesico de imanes
permanentesVoltaje
(V)122448120220 2448120220 122448120220
Voltaje banco debateriacuteas
(V)
24 24 24
Peso(kg)
38 42 35
95
425 Caacutelculo del banco de bateriacuteas
El tamantildeo del banco de bateriacuteas lo va a determinar la cantidad de amperios hora diacutea
requeridos Estos amperios hora diacutea se deducen de la tabla 14 (consumo tiacutepico de energiacutea
eleacutectrica en la zona de estudio) donde se observa que se tiene una demanda de 6930 Vatios
hora diacutea Para un aerogenerador de 15kW los fabricantes recomiendan trabajar con un
sistema a 24V entonces se tiene
iacutea28875Ahd24Vshoradiacutea6930Vatio ====dividedividedividedivide
Para tener una suplencia eficiente con el banco de bateriacuteas se asume un periodo de 5 diacuteas
en el que la velocidad del viento esteacute por debajo del miacutenimo requerido que son 35ms
para que el aerogenerador comience a entregar energiacutea
144375Ah5diacuteasiacutea28875Ahd ====
Para evitar completamente la descarga de las bateriacuteas en este lapso de tiempo se tiene que
multiplicar por el siguiente factor (este valor se toma del manual de instalacioacuten operacioacuten y
mantenimiento de Southwest Windpower Inc que es un fabricante de aerogeneradores de
15kW)
1 Paneles solares uacutenicamente (50 de descarga) 15
2 Sistemas hiacutebridos eoacutelico-solar (60 de descarga) 14
3 Sistemas eoacutelicos uacutenicamente (80 de descarga) 12
17325Ah12144375Ah ====
En general las bateriacuteas utilizadas en este tipo de instalaciones son de plomo-aacutecido de tipo
estacionario de ciclo profundo y libre mantenimiento que suministran 220Ah y 6V Para
calcular el numero de bateriacuteas del banco se tiene
8Bateriacuteasas788Bateriacute220Ah17325Ah asympasympasympasymp====dividedividedividedivide
96
Figura 32 Banco de bateriacuteas serie-paralelo
En la figura 32 se muestra el banco de bateriacuteas a utilizar el cual tiene las siguientes
caracteriacutesticas
bull Cada bateriacutea de 6V ndash 220Ah
bull Cada hilera (vertical) de conexioacuten en serie 24V ndash 220Ah
bull Total de las 2 hileras en paralelo 24V ndash 440Ah
Tabla 20 Bateriacuteas de 220Ah
Marca y modelo
Datos teacutecnicos
Trojan
B220-4
Sonnenschein
S212220Ah
YuasaExide
8DS
Voltaje (V) 6 6 6
Amperios hora
(Ah)
220 220 220
Mantenimiento Libre Libre Libre
De acuerdo a distribuidores internacionales de bateriacuteas las baterias que trabajan maacutes
eficientemente con sistemas conversores de este tipo son las Trojan B220-4 ya que
brindan una garantiacutea de cinco antildeos sin mantenimiento alguno
97
426 Caacutelculo del inversor
La funcioacuten del inversor es transformar una tensioacuten continua VCC en una tensioacuten alterna
VCA elevaacutendola de 24 a 120V La potencia nominal del inversor depende de la potencia
pico en corriente alterna demandada por el consumo tiacutepico para la zona de estudio esta
potencia pico es 2560W
Los inversores que maacutes se adaptan y que se pueden conseguir en el mercado tienen las
siguientes caracteriacutesticas
Foto 21 Inversor de 24VCD a 120VCA
Tabla 21 Inversores de 24VCD a 120VCA
Marca y modelo
Datos teacutecnicos
Ceim
SM-2500
Trace Engineering
DR3624
Voltaje 24VDC ndash 120VAC a 60Hz 24VDC ndash 120VAC a 60Hz
Potencia nominal (W) 2500 3000
Se escoge el inversor de Trace Engineering DR3624 ya que por cuestiones de disentildeo se
plantea dejar un sistema flexible que pueda estar sometido a futuras ampliaciones y ademaacutes
a conexiones de equipos externos (equipos de ordentildeo para ganado sistemas automaacuteticos de
riego bebedores automaacuteticos para ganado invernaderos motosierras etc)
98
427 Caacutelculo del regulador
El objetivo principal del regulador es estabilizar la carga desde el aerogenerador para parar
la carga cuando las bateriacuteas no lo necesiten maacutes (evitando sobrecargas) y eviten asiacute la
descarga hacia el aerogenerador cuando no hay viento Tambieacuten protege la instalacioacuten de
cortocircuitos estabiliza la tensioacuten protege contra la inversioacuten de polaridad del banco de
bateriacuteas y adapta la carga al estado de las bateriacuteas Para calcular la corriente del regulador
se tiene
VPI ====
V24kW51I =
A562I ====
El regulador que maacutes se adapta y que se puede conseguir en el mercado tiene las siguientes
caracteriacutesticas
Tabla 22 Regulador de 100A
Marca y modelo
Datos teacutecnicos
Trace Engineering
RG-100A
Voltaje (VDC) 12-24-48
Corriente nominal (A) 100
99
428 Montaje final del sistema conversor de energiacutea eoacutelica
Figura 33 Montaje del sistema conversor de energiacutea eoacutelica
(1)
(2) (3)
(5)(4)
(7)
(8)
(11)
(15)
(12)
(14)
(18)
(16) (17)
(10)
(13)
(9)
(6)
100
Este montaje incluye un tablero general de control que suministra el fabricante de cualquier
aerogenerador en donde viene incluido un rectificador trifaacutesico de corriente regulador de
tensioacuten de 24V sistema de monitoreo de carga y descarga de bateriacuteas y un interruptor de
estado soacutelido que actuacutea automaacuteticamente con el sistema de monitoreo con el fin de enviar la
carga sobrante de las bateriacuteas al disipador de carga (que tambieacuten lo suministran los
fabricantes) cuando las bateriacuteas esteacuten cargadas ademaacutes de un interruptor de frenado que
desconecta todo el sistema para que el aerogenerador se detenga A continuacioacuten se
muestran los equipos con sus especificaciones teacutecnicas utilizados para el proyecto
(1) Aerogenerador de 15kW (veacutease tabla 19)
Generador Alternador trifaacutesico
De imanes permanentes
Voltaje generador (VAC) 220
Torre Galvanizada de 3rdquo Voltaje banco de bateriacuteas (VDC) 24
(2) Sistema de monitoreo y regulador automaacutetico de carga del banco de bateriacuteas
(3) Tablero general de control
(4) Interruptor de estado soacutelido para carga automaacutetica de bateriacuteas
(5) Regulador secundario de tensioacuten de 24V
(6) Interruptor de frenado del aerogenerador
(7) Rectificador trifaacutesico de entrada corriente alterna y salida corriente continua
(8) Cortacircuitos tripolar termomagneacutetico
V3PI ====
V2203kW51I =
A943I ====
Marca Legrand In (A) 10 Voltaje (VAC) 120220
Ref DSA-3010 Capacidad interruptiva (kA) 10 (220V) Nuacutemero de polos 3
101
(9) Disipador de carga
(10) Transformador trifaacutesico
Potencia (kVA) 15
Voltaje del primario (VAC) 220 (Delta)
Voltaje del secundario (VAC) 24 (Triaacutengulo)
(11) Regulador principal de 24V (ver numeral 427)
(12) Arrancador para el motor de la bomba centrifuga
VPI ====
V24W560I =
A3323I ====
Marca Telemecanique Tensioacuten de trabajo (V) 24 Potencia (HP) frac34
Ref GV2-P22D1BW3 Reglaje de la proteccioacuten
teacutermica (A)
20 a 25 Proteccioacuten IP65
(13) Cortacircuitos monopolar de CC
VPI ====
V24kW51I =
A562I ====
Marca Merlin Gerin In (A) 65 Voltaje (VDC) 24
Ref C60H-24409 Capacidad interruptiva (kA) 10 (24V) Nuacutemero de polos 1
(14) Bomba para el suministro de agua (ver numeral 4231)
(15) Banco de bateriacuteas (ver numeral 425)
(16) Inversor de 24VDC a 120VAC (ver numeral 426)
(17) Tablero monofaacutesico de cortacircuitos termomagneacuteticos para circuitos de CA
Marca Luminex Tensioacuten de trabajo (V) 120127 Capacidad nominalbarraje principal (A)
125
Ref TML-8 Tensioacuten de aislamiento (V) 600 Nuacutemero de circuitos 8
102
(18) Cortacircuitos monopolar de CC
VPI ====
V24kW2I =
A3383I ====
Marca Merlin Gerin In (A) 100 Voltaje (VDC) 24
Ref NC100H-27254 Capacidad interruptiva (kA) 15 (24V) Nuacutemero de polos 1
43 MANUAL DE INSTALACIOacuteN OPERACIOacuteN Y MANTENIMIENTO DELAEROGENERADOR
431 Instalacioacuten
Realizar y corroborar los siguientes pasos en orden
4311 Voltaje del sistema
Todos los componentes del sistema el aerogenerador la central del sistema el disipador de
energiacutea el transformador y el inversor deben estar al mismo voltaje del banco de bateriacuteas
que para el caso de un aerogenerador de 1500W de potencia nominal los fabricantes
recomiendan 24V
4312 Instalacioacuten de la torre (localizacioacuten tipo y altura)
La altura miacutenima de la torre debe ser de 7m por encima de los aacuterboles u obstaacuteculos en un
radio de 100m La carga de empuje lateral en el extremo de la torre debe corresponder al
modelo del aerogenerador El punto maacutes alto del terreno o lugar de instalacioacuten es
generalmente el mejor Una torre autoportante ocupa menos aacuterea de terreno que una torre
soportada con cables (riendas obenques tirantes) pero es maacutes costosa Un disentildeo de torre
pivotada permite una instalacioacuten sencilla y un mantenimiento faacutecil en tierra eliminando la
necesidad de escalar
103
4313 Adquirir el tamantildeo del banco de bateriacuteas adecuado
Los sistemas de faacutebrica contienen el banco de bateriacuteas sugerido En la tabla siguiente se
puede observar el tamantildeo miacutenimo del banco de bateriacuteas para diferentes aerogeneradores de
potencia nominal
4314 Seleccioacuten del lugar para instalar el banco de bateriacuteas
Ubicar el banco de bateriacuteas en una edificacioacuten fresca seca y deshabitada Poner a funcionar
la energiacutea AC desde el inversor hasta la casa o sitio de consumo Si las bateriacuteas estaacuten en un
edifico habitado este debe ser cerrado y tener suficiente ventilacioacuten Determinar la
configuracioacuten en serieparalelo para construir un estante o montar las bateriacuteas sobre un
mueble resistente en madera tratada Dejar 5cm alrededor para ventilacioacuten y 60cm de
104
separacioacuten vertical para el acceso a los terminales y revisioacuten del agua Proteger todas las
conexiones con grasa o protector de corrosioacuten Instalar el tablero de control general (EZ-
WIRE) y el fusible del inversor (si se usa) al polo positivo de las bateriacuteas
Usar el diagrama siguiente para determinar la configuracioacuten serieparalelo del banco de
bateriacuteas para trabajar a un voltaje de 24V
4315 Instalar el tablero de control (EZ-WIRE) y el transformador
Instalar el tablero de control del sistema (EZ-WIRE) y el transformador sobre superficies
resistentes al calor Localizarlos a 3m maacuteximo uno del otro Conectar el transformador a
los terminales WIND del tablero de control con un conductor adecuado (6AWG-THW)
Conectar el tablero de control DC+ y el DC- a las bateriacuteas usando los conductores del
calibre correspondiente
105
4316 Instalar y conectar el disipador de carga
Instalar la caja de resistencias o disipador de carga sobre una superficie resistente al calor
El disipador de carga produce calor cuando las bateriacuteas estaacuten cargadas Ubicar el disipador
de carga al lado del tablero de control o donde se necesite calor
4317 Montar el interruptor de frenado
Al lado del tablero de control usando un conductor adecuado se conecta el interruptor de
frenado a los terminales ldquoWINDrdquo en el tablero de control
106
4318 Instalar el inversor y conectarlo al banco de bateriacuteas
Instalar un cortacircuitos para corriente continua entre el inversor y el positivo del banco de
bateriacuteas usando los conductores adecuados
4319 Instalar los conductores desde el extremo de la torre al transformador y
despueacutes al tablero de control
Usar 3 conductores adicionando una red a tierra desde la torre hasta el lugar de instalacioacuten
utilizando los conductores adecuados
43110 Pruebas eleacutectricas para el aerogenerador
Realizar estas pruebas antes de montar las aspas en el rotor Estas pruebas confirman que el
aerogenerador esteacute funcionando correctamente y listo para ser instalado en la torre
107
43111 Conectar los conductores y montar el aerogenerador en la torre
Instrucciones de montaje
1 Revisar el ajuste de los accesorios de insercioacuten dentro de la torre Se tolera un juego
maacuteximo de 15mm Debe ser posible desplazar el inserto con los pernos de montaje
ajustadamente dentro de la torre
2 Instalar el accesorio de insercioacuten en el eje vertical con el agujero no roscado
orientado hacia abajo (1) Usar un compuesto sellador para roscas en todas las
uniones roscadas
3 Instalar los tornillos M8x30 (2) y la arandela de seguridad (4) en este agujero
ademaacutes de la contratuerca (6) como tuerca de seguridad para los tornillos (7) y
ajustarlos en el accesorio de insercioacuten
4 Usar caperuzas plaacutesticas o pernos conectores para hacer las conexiones eleacutectricas
5 Cubrir muy bien los tornillos conectores con suficiente cinta aislante para prevenir
cortos con la torre
6 Soportar bien los conductores para evitar que se separen o rompan por su propio
peso
108
7 Deslizar el eje vertical del generador sin las aspas dentro de la torre e instalar
todos los componentes tal como se muestra en la siguiente figura Use compuesto
sellador para roscas en todas las uniones roscadas
43112 Prueba del cableado del aerogenerador al tablero de control
No se pueden instalar las aspas hasta haber pasado las pruebas Repita el paso 11 activando
el interruptor de frenado (brake switch ldquoONrdquo) para poner los cables en corto
109
110
43113 Instalar el timoacuten o cola
111
43114 Instalar las aspas y la nariz
Para realizar la instalacioacuten de estas partes el interruptor de frenado debe estar activado
(brake switch ldquoONrdquo)
Instrucciones de instalacioacuten
1 La parte del aspa con la cinta guiacutea (borde de ataque) debe estar hacia abajo cuando
el aspa esteacute a la derecha de la platina de montaje
2 Introducir los tornillos (1) a traveacutes de la platina de montaje y del aspa La cabeza del
tornillo debe estar del lado del rotor y de la platina de montaje
3 Instalar una arandela plana (2) con el lado redondeado hacia la fibra de vidrio y una
tuerca (3) con un torque de 14 lbs-pie No ajustar excesivamente pues puede
quebrar la fibra de vidrio
4 Instalar la nariz (9) la arandela de caucho contra el protector (5a) la arandela plana
(5) la arandela divisoria de presioacuten (6) y el tornillo (4)
43115 Izar la torre siguiendo las instrucciones del fabricante con el interruptor defrenado en posicioacuten ldquoONrdquo
112
44 OPERACIOacuteN NORMAL
441 Controles y caracteriacutesticas del tablero de control
4411 Seccioacuten de control
El interruptor WIND ONOFF se utiliza para frenar o detener el aerogenerador El
interruptor del circuito ofrece proteccioacuten para sobrecarga y puede ser usado para
desconectar las cargas DC
4412 Seccioacuten del sistema de monitoreo
Selector de tres posiciones Ubicado a la izquierda en el tablero
1 Posicioacuten Izquierda Indica amperios o voltios de acuerdo con el selector
2 Posicioacuten Central APAGADO (OFF) ademaacutes reduce la descarga de la bateriacutea El
regulador permanece encendido
3 Posicioacuten Derecha Indica los voltioscelda de la bateriacutea cuando el selector tambieacuten
estaacute en la posicioacuten ldquoVoltsCellrdquo Los voltios para cada celda de la bateriacutea tambieacuten se
113
indican como porcentaje de carga de la bateriacutea en la escala vertical o MEDIDOR
DE CARGA DE LA BATERIA (BATTERY FUEL GAUGE) Este es el indicador
maacutes confiable de carga de la bateriacutea y no se ve afectado por eventos de baja o alta
descarga o por el proceso de carga La bateriacutea debe estar conectada por lo menos
durante 6 horas para obtener una lectura precisa
Botoacuten selector ubicado a la derecha
1 VoltsCell Indica el estado de carga de bateriacuteas del tipo de plomo aacutecido
2 V-Bat Indica el voltaje actual de la bateriacutea con una precisioacuten de una deacutecima de
voltio
3 A-Bat Muestra amperios positivos si la bateriacutea se estaacute cargando Indica amperios
negativos si la bateriacutea se estaacute descargando Utilice estos controles para entender y
monitorear los efectos de las fuentes de consumo
4 A-Wind Indica la carga en amperios del aerogenerador Se usa para medir la
velocidad del viento y monitorear el desempentildeo del aerogenerador
114
442 Operacioacuten del regulador automaacutetico de carga
El regulador automaacutetico de carga del banco de bateriacuteas incorporado previene sobrecargas
de la bateriacutea y asegura una larga vida de las bateriacuteas con un consumo miacutenimo de agua
4421 Luz indicador de regulacioacuten
Si es intermitente indica que la bateriacutea ha alcanzado su estado de flotacioacuten y parte de la
energiacutea se esta desviando al disipador de carga o caja de resistencias El proceso de carga
del banco de bateriacuteas seraacute cada vez maacutes lento hasta que se cargue completamente cada
vez habraacute maacutes carga desviaacutendose al disipador de carga o caja de resistencias
4422 Posicioacuten de flotacioacuten
Seleccionar el voltaje maacuteximo de la bateriacutea que permitiraacute el regulador Usar las posiciones
maacutes altas cuando las bateriacuteas esteacuten en lugares friacuteos
Posiciones sugeridas
bull Uacutenicamente viento Fijar a 245-25 Voltioscelda (VoltsCell) No es necesario
igualar el voltaje de las celdas Revisar el nivel del agua cada seis meses
bull Igualacioacuten Utilizar 27-28 Voltioscelda (VoltsCell) despueacutes de llenar las celdas
de la bateriacutea cargar por 24 horas Monitorear la temperatura y el nivel del agua
mientras ecualiza
115
443 Iniciar el aerogenerador
Colocar el interruptor de frenado (WIND) en la posicioacuten ldquoONrdquo despueacutes de que la heacutelice
gire leer la corriente de carga del viento (A-Wind) en la pantalla o monitor
4431 Operacioacuten de la heacutelice del aerogenerador
En vientos menores a 3-4ms la heacutelice no giraraacute si estaacute completamente quieta En vientos
por encima de 3-4 ms las heacutelices comenzaraacuten a girar lentamente y despueacutes de 1 a 10
minutos alcanzaraacute unas rpm donde las aspas seraacuten praacutecticamente invisibles Una vez las
aspas esteacuten en movimiento continuaraacuten girando en vientos tan bajos como 2ms En
vientos normales la corriente de carga aumentaraacute raacutepidamente al incrementarse la velocidad
del viento (por la foacutermula que relaciona directamente la potencia con el cubo de la
velocidad del viento) y a la velocidad nominal del viento usted podraacute leer la corriente
nominal en la pantalla en la posicioacuten ldquoA-Windrdquo
En vientos muy altos la corriente de carga decreceraacute a medida que la maacutequina se pliega por
la accioacuten del rotor basculante para protegerse a siacute misma de dantildeos
444 Encienda el inversor
Seguir las instrucciones del fabricante del inversor
445 Consumo de electricidad propia
Ahora se tiene energiacutea eleacutectrica del viento Con el inversor se tiene energiacutea AC para
electrodomeacutesticos comunes Revisar diariamente el estado de carga de las bateriacuteas Si las
bateriacuteas siempre estaacuten cargadas la luz del regulador siempre estaacute encendida se puede
agregar maacutes iluminacioacuten y electrodomeacutesticos y usarlos durante un mayor nuacutemero de horas
al diacutea
Si baja el nivel de carga de las bateriacuteas se estaacute usando maacutes electricidad de la que el
aerogenerador esta produciendo Reducir las horas de uso y el nuacutemero de luces y
electrodomeacutesticos Utilizar bombillos y electrodomeacutesticos eficientes Reducir las cargas
cuando las bateriacuteas esteacuten cargadas menos del 40
116
45 MANTENIMIENTO
451 Mensual
4511 Revisar el interruptor de seguridad (para revisar el cableado eleacutectrico)
Detener el aerogenerador en un viento moderado (cargando pero no plegado) Cuando se
detenga la heacutelice no se debe observar ni detectar ninguna dificultad inusual o ruido
extrantildeo Cuando se presenta alguacuten ruido mientras se activa el interruptor de frenado esto
puede indicar un cable desconectado
117
4512 Revisar el estado mecaacutenico observar y escuchar desde la base de la torre
Usar binoculares No debe presentarse ninguacuten ruido mecaacutenico cascabeleo o vibracioacuten La
heacutelice y la cola no deben cabecear o tambalearse Si se requiere se debe escalar o bajar la
torre para su inspeccioacuten No debe presentarse ninguacuten zumbido ni al oiacutedo ni al tacto cuando
se coloque la mano sobre la torre
4513 Inspeccionar la torre
Seguir todos los requisitos de inspeccioacuten y mantenimiento que da el fabricante de la torre
Ajustar adecuadamente todas las tuercas y tornillos especialmente las conexiones de los
cables Revisar cualquier fisura pandeado o partes rotas en los anclajes y base de la
estructura Revisar que no haya hilos rotos o distensioacuten en los cables de soporte o tensioacuten
118
452 Anual
4521 Revisar el banco de bateriacuteas
Agregar agua destilada si estaacute en un nivel bajo Ajustar las conexiones de los bornes de las
bateriacuteas Remover la corrosioacuten y proteger los terminales Enjuagar las partes con solucioacuten
de soda caacuteustica
4522 Si es necesario realizar la carga de igualacioacuten de la bateriacutea
No es necesario realizar una carga de igualacioacuten si el voltaje de flotacioacuten de cada celda estaacute
en 24V o maacutes Si las bateriacuteas se descargan por largos periacuteodos o las lecturas hidromeacutetricas
de las celdas difieren por maacutes de 20 puntos (Ej 1205 vs 1230) o una celda estaacute deacutebil dar
a la bateriacutea una carga de igualacioacuten Igualar el voltaje de las celdas de las bateriacuteas
colocando el botoacuten selector de flotacioacuten en 27-28 y permitir que la bateriacutea llegue a plena
carga y gasifique libremente (reduzca la carga yo conectar un generador si es necesario)
Dejar cargar las bateriacuteas por lo menos durante 24 horas y tomar lecturas con el hidroacutemetro
La igualacioacuten se ha completado cuando las lecturas del hidroacutemetro tengan 20 puntos
maacuteximo de rango Revisar el nivel del agua y si es preciso disminuir la carga para evitar
que la bateriacutea este demasiado caliente al tacto
119
4523 Escalar la torre o bajarla y hacer una revisioacuten mecaacutenica total delaerogenerador
Ajustar cualquier pieza que se encuentre floja o cambiar las piezas desgastadas
1 Ajustar todas las tuercas y tornillos de montaje de la torre y los tornillos de montaje
del rotor
2 Revisar todos los rodamientos Se acepta un juego escasamente perceptible
3 Rellenar las fisuras de las heacutelices de fibra de vidrio con sellante de silicona
Reemplazarlas si hay alguna rota o dantildeada Reparar o reemplazar las aspas de fibra
de vidrio si estaacuten quebradas o dantildeadas
4524 Registro de mantenimiento
Observar y registrar los requisitos mensuales y anuales de inspeccioacuten Registrar todos los
trabajos de mantenimiento y reparaciones
CAPIacuteTULO 5
5 ANAacuteLISIS ECONOacuteMICO
A nivel internacional se considera que la energiacutea eoacutelica es una tecnologiacutea madura
comercialmente Sin embargo no se ha desarrollado con fuerza mas que desde hace 4 oacute 5
antildeos en los que la potencia instalada en todo el mundo se ha multiplicado por 5 Este
desarrollo no soacutelo se ha debido a la mejora tecnoloacutegica sino tambieacuten a la mejora de los
aspectos econoacutemicos no obstante los gobiernos han reconocido la existencia de unos
beneficios antildeadidos de la energiacutea eoacutelica especialmente sus ventajas medioambientales Ello
ha hecho que se introduzcan bonificaciones a los precios pagados por ella o subvenciones a
la instalacioacuten de equipos que permiten facilitar el desarrollo en las inversiones en este tipo
de energiacutea Este hecho permitioacute que se comenzara a producir a gran escala promoviendo
tanto el avance tecnoloacutegico como una reduccioacuten en los costos de fabricacioacuten Esto a su vez
ha permitido reducir el costo de generacioacuten de la energiacutea eoacutelica a niveles muy proacuteximos a
los de la generacioacuten eleacutectrica convencional Este factor junto con la existencia de unos
precios de compra favorables explica el desarrollo espectacular de los uacuteltimos antildeos
Pese a todo no hay que olvidar que la energiacutea eoacutelica por su propia naturaleza y por su
tecnologiacutea presenta maacutes riesgos en cuanto a su produccioacuten y costos que las energiacuteas
convencionales y que la disponibilidad econoacutemica es crucial para conseguir una
factibilidad yo rentabilidad aceptable de los equipos Por ello parece necesario estudiar
con alguacuten detalle todos los aspectos econoacutemicos de la energiacutea eoacutelica y el grado en que
influyen los distintos paraacutemetros
121
51 COSTOS DEL SISTEMA CONVERSOR DE ENERGIacuteA EOacuteLICA
Los costos de la energiacutea eoacutelica se pueden analizar desde distintos puntos de vista Para el
inversionista o el promotor de una instalacioacuten los costos a considerar son los costos
privados es decir los soportados directamente por eacuteste como los costos de inversioacuten de
explotacioacuten etc Sin embargo si la inversioacuten se analiza desde un punto de vista puacuteblico o
social es necesario tener en cuenta tambieacuten otros valores a la hora de determinar su
rentabilidad como el ahorro energeacutetico que se produce los costos y beneficios
medioambientales que supone la instalacioacuten
511 Costos privados
Los costos privados de un montaje de estas caracteriacutesticas son el costo de inversioacuten y el
costo de explotacioacuten
5111 Costo de inversioacuten
El costo de inversioacuten incluye el aerogenerador el banco de bateriacuteas el regulador el
inversor la torre y el montaje Como se ilustra en la tabla 19 del capitulo anterior en donde
se muestran tres clases de aerogeneradores se toma en cuenta el costo de cada uno ademaacutes
de los equipos restantes que conforman el sistema conversor de energiacutea eoacutelica con el fin
de determinar diferentes alternativas de inversioacuten Se utiliza una TRM $236328 al 29 de
mayo de 2002 sin embargo se efectuaraacute un anaacutelisis en doacutelares para ser el estudio maacutes
objetivo
El factor de importacioacuten incluye nacionalizacioacuten fletes nacionales internacionales
seguros aduana y aranceles
122
Tabla 23 Alternativa de inversioacuten 1
COSTOSFACTOR
IMPORTACIOacuteNEQUIPO ODETALLE REFERENCIA CANTIDAD VALOR
FOB(USD$) () (USD$)
VALORTOTALFINAL(USD$)
AerogeneradorJBORNAYInclin Neo
15001 2982 40 1193 4175
Banco deBateriacuteas
TROJANB220-4 8 1238 60 743 1981
Inversor 24120 TRACEDR3624 1 1007 40 404 1411
Regulador RG 100A 1 279 40 112 391Torre
Galvanizada Tilt UpTipo pesado 3 10m 0 116
BombaCentriacutefuga 1 0 4872
Montaje 1 0 2158SUB ndash TOTAL 5506 10719
TOTAL 10719 Equipos adquiridos en el paiacutes y cotizados en doacutelares a la TRM incluido el IVA
Tabla 24 Alternativa de inversioacuten 2
COSTOSFACTOR
IMPORTACIOacuteNEQUIPO ODETALLE REFERENCIA CANTIDAD VALOR
FOB(USD$) () (USD$)
VALORTOTALFINAL (USD$)
AerogeneradorBERGEYBwc Excel
15001 4134 40 1654 5788
Banco deBateriacuteas
TROJANB220-4 8 1238 60 743 1981
Inversor 24120 TRACEDR3624 1 1007 40 404 1411
Regulador RG 100A 1 279 40 112 391Torre
Galvanizada Tilt UpTipo pesado 3 10m 0 116
BombaCentrifuga 1 0 4872
Montaje 1 0 2238SUB ndash TOTAL 6658 12412
TOTAL 12412 Equipos adquiridos en el paiacutes y cotizados en doacutelares a la TRM incluido el IVA
123
Tabla 25 Alternativa de inversioacuten 3
COSTOSFACTOR
IMPORTACIOacuteNEQUIPO ODETALLE REFERENCIA CANTIDAD VALOR
FOB(USD$) () (USD$)
VALORTOTAL FINAL
(USD$)
Aerogenerador WHISPERH 1500 1 3922 40 1569 5491
Banco deBateriacuteas
TROJANB220-4 8 1238 60 743 1981
Inversor 24120 TRACEDR3624 1 1007 40 404 1411
Regulador RG 100A 1 279 40 112 391Torre
Galvanizada Tilt UpTipo pesado 3 10m 0 116
BombaCentrifuga 1 0 4872
Montaje 1 0 2224SUB ndash TOTAL 6446 12101
TOTAL 12101 Equipos adquiridos en el paiacutes y cotizados en doacutelares a la TRM incluido el IVA
51111 Costos de montaje
Los gastos de montaje incluyen costos de desplazamiento al sitio de trabajo para 3
personas estadiacutea por dos semanas que aproximadamente dura el montaje transporte de los
equipos materiales eleacutectricos e insumos para la instalacioacuten y salarios para dichas personas
Ademaacutes se incluye una utilidad del 5 sobre el valor total de los equipos para cada
alternativa
Tabla 26 Costos de montaje del sistema eoacutelico
Alte
rnat
iva Diacuteas Comidas
($)
Estadiacutea
($)
Insumos
para la
instalacioacuten
($)
Salarios
($)
Transporte
de equipos
y personal
($)
Utilidad
($)
Total
costo
($)
Montaje
(USD$)
1 10 288000 200000 1000000 2400000 200000 1011602 5099602 2158
2 10 288000 200000 1000000 2400000 200000 1202200 5290200 2238
3 10 288000 200000 1000000 2400000 200000 1167105 5255105 2224
Cotizado en pesos a nivel nacional y evaluado en doacutelares a la TRM $236328
124
EL 95 de los equipos no estaacuten sometidos al reacutegimen de impuesto de valor agregado
(IVA) gracias al decreto 2532 de 2001 a las leyes 697 de 2001 y 223 de 1995 que se
explicaran en el capitulo 7
5112 Costos de explotacioacuten
Los costos anuales de explotacioacuten son del 2 de la inversioacuten inicial Comprenden los
gastos de personal de operacioacuten y mantenimiento de reparaciones y de sustitucioacuten de
equipos como el banco de bateriacuteas que tiene que ser sustituido cada cinco antildeos
Tabla 27 Costo final de las alternativas
Alte
rnat
iva Costo de
equipos
(USD$)
Montaje
(USD$)
Valor
presente
(USD$)
Valor presente
($)
Mto anual 2 de
inversioacuten inicial
(USD$)
1 8561 2158 10719 25331998 21438
2 10174 2238 12412 29334211 24825
3 9877 2224 12101 28597222 24201
Cotizado en pesos a nivel nacional y evaluado en doacutelares a la TRM $236328
52 ANAacuteLISIS FINANCIERO DEL PROYECTO
Invertir es incurrir en la actualidad en un gasto que se espera deacute lugar a una corriente de
beneficios que haraacuten que el inversionista se halle en una posicioacuten maacutes favorable que la que
ocupariacutea en el caso de que el gasto inicial se hubiera destinado a otro uso
Asiacute es que se puede modelizar el proceso mediante la figura 34 donde C0 representa el
capital inicial invertido y FC1 FC2 FC3 FCt y FCN los flujos de fondos para cada periacuteodo
dentro de los n periacuteodos considerados
125
Figura 34 Modelo de flujo de fondos
Para determinar la factibilidad de esta inversioacuten se utilizoacute el meacutetodo del valor presente o
actualizacioacuten del flujo de fondos y para medir la rentabilidad de la misma se aplicaron los
conceptos de Valor Presente Neto (VAN) y de Tasa Interna de Retorno (TIR)
Se analizaraacute este proyecto mediante la aplicacioacuten de los meacutetodos VAN y TIR mencionados
anteriormente
Valor Actual Neto (VAN) El valor presente neto de un proyecto de inversioacuten es su valor
medido en dinero de hoy expresando esta idea de otra manera es el equivalente en pesos
actuales de todos los ingresos y egresos presentes y futuros que constituyen el proyecto
Mediante este meacutetodo se actualizan los flujos de fondos con el fin de hallar su valor actual
en el momento de la inversioacuten que si es positivo indicaraacute que el proyecto presenta un
rendimiento maacutes elevado que el costo de capital necesario para llevarlo a cabo Se expresa
mediante la siguiente ecuacioacuten
sumsumsumsumminusminusminusminus ++++
++++====n
1t tC
O)i1(
FCVAN t (2)
Donde
i es la tasa de corte de mercado
Tasa Interna de Retorno (TIR) Este iacutendice se refiere a la rentabilidad del dinero invertido
en el proyecto y puede ser mayor igual o menor que la tasa de oportunidad aplicable al
inversionista
126
Este meacutetodo se refiere al tipo de intereacutes que aplicado al capital de que se dispone al
comienzo de cada periacuteodo haraacute posible que las entradas de caja sirvan para cubrir
exactamente la totalidad de las cargas de intereacutes y para reponer el capital desembolsado
Se trata de encontrar la solucioacuten de la variable r en la siguiente ecuacioacuten
0)r1(
FCo
n
1tt
Ct ====++++
++++ sumsumsumsumminusminusminusminus
(1)
Donde
Co representa el movimiento de caja al comienzo del periacuteodo de la inversioacuten
FCt los subsiguientes flujos de capital o de caja para cada periacuteodo t
n la vida uacutetil de la inversioacuten
r la rentabilidad interna o TIR
Valor de Salvamento (Vs) Es la recuperacioacuten del capital de trabajo invertido en el
proyecto o en otras palabras el valor de venta del equipo usado al concluir la vida uacutetil del
proyecto Para el caso de este proyecto se toma el valor de salvamento Vs como un 15 de
la inversioacuten inicial para el antildeo 20 de la vida uacutetil
521 Anaacutelisis financiero para cada alternativa
Con los costos finales para cada una de las alternativas mostrados en la tabla 25 se
realizaraacute ahora un anaacutelisis financiero para cada alternativa con una cuota inicial del 30
sobre el valor total de los equipos que tienen que ser importados este porcentaje lo
determina el importador ademaacutes de un plazo de 45 diacuteas para la entrega de los equipos en el
127
sitio En este caso particular se consultoacute con AQUAIRE ECOPRODUCTOS que es una
empresa colombiana dedicada a la importacioacuten de estos sistemas conversores
El 70 restante lo financiaraacute una entidad bancaria a traveacutes de un creacutedito a un posible
inversionista El estudio del creacutedito se haraacute para 24 36 y 60 meses con el fin de buscar
cual seria la solucioacuten maacutes econoacutemica y la maacutes rentable para el posible inversionista
Ademaacutes se incluye el valor del mantenimiento por los 20 antildeos de vida uacutetil del sistema
conversor de forma anual que seraacute del 2 de la inversioacuten inicial Se busca tener una cuota
mensual fija trayeacutendola al valor presente para que solo se pague durante los primeros 5
antildeos de la vida uacutetil del aerogenerador por otro lado este mantenimiento incluye el valor de
reposicioacuten de equipos como lo es el banco de bateriacuteas que tiene que ser cambiado cada
cinco antildeos
En la diagramacioacuten de los fondos de fondos que a continuacioacuten se presentan se mostraraacute el
valor presente neto y la tasa interna de retorno de cada una de las alternativas empezando
por aquella que posee subsidio luego la que no posee subsidio y por uacuteltimo una
comparacioacuten con un estrato maacutes alto que el costo en un estrato cinco
128
Tabl
a 28
Flu
jo d
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599
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177
323
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442
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124
41
Cuo
ta d
el
preacutes
tam
o
601
797
599
600
177
323
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220
527
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2
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del
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tam
o
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263
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Cuo
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preacutes
tam
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800
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205
339
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Cuo
ta d
el
preacutes
tam
o
601
798
800
263
205
339
4856
165
248
890
35
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08
Alte
rnat
iva
3
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22C
uota
del
preacutes
tam
o
241
798
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200
180
551
033
859
476
620
41
081
521
50
Cuo
ta d
el
preacutes
tam
o
361
798
579
167
200
180
5575
964
047
662
04
807
301
95
Cuo
ta d
el
preacutes
tam
o
601
798
579
167
200
180
5554
754
147
662
04
595
202
90
129
Tabla 29 Flujo de fondos para la alternativa 1 con cuota inicial del 30 a 24 meses
Valor total del creacutedito $ 17732398 Plazo 24 meses Fecha 25-05-02
Intereacutes 2153 anual Mora 3100 anual Cuota mensual $-915814
CUOTANo FECHA CAPITAL
($)INTERES
($)CUOTA
($)SALDO
($)1 240602 -597665 -318149 -915814 17134734
2 240702 -608388 -307426 -915814 16526346
3 230802 -619303 -296510 -915814 15907043
4 220902 -630415 -285399 -915814 15276628
5 221002 -641725 -274088 -915814 14634902
6 211102 -653239 -262575 -915814 13981663
7 211202 -664959 -250854 -915814 13316704
8 200103 -676890 -238924 -915814 12639814
9 190203 -689034 -226779 -915814 11950780
10 210303 -701397 -214417 -915814 11249383
11 200403 -713981 -201833 -915814 10535402
12 200503 -726791 -189023 -915814 9808611
13 190603 -739831 -175983 -915814 9068780
14 190703 -753105 -162709 -915814 8315676
15 180803 -766617 -149197 -915814 7549059
16 170903 -780371 -135443 -915814 6768688
17 171003 -794372 -121442 -915814 5974316
18 161103 -808624 -107189 -915814 5165692
19 161203 -823133 -92681 -915814 4342559
20 150104 -837901 -77913 -915814 3504658
21 140204 -852934 -62879 -915814 2651724
22 150304 -868237 -47576 -915814 1783487
23 140404 -883815 -31999 -915814 899672
24 140504 -899672 -16142 -915814 0
TOTAL -3750736 -1744146 -915814
130
Tabl
a 30
Fl
ujo
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a la
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1 co
n cu
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el 3
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-318
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-672
904
173
776
4319
161
203
-488
586
-184
318
-672
904
978
459
9
224
07
02-3
611
21-3
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016
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04-4
973
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755
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729
049
287
246
323
08
02-3
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053
05-6
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0416
648
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062
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666
29-6
729
048
780
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09
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741
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987
09-6
729
0416
274
728
2215
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04-5
153
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575
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729
048
265
611
522
10
02-3
809
09-2
919
96-6
729
0415
893
819
2314
04
04-5
246
06-1
482
99-6
729
047
741
006
621
11
02-3
877
43-2
851
62-6
729
0415
506
077
2414
05
04-5
340
18-1
388
87-6
729
047
206
988
721
12
02-3
947
00-2
782
05-6
729
0415
111
377
2513
06
04-5
435
99-1
293
05-6
729
046
663
389
820
01
03-4
017
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711
23-6
729
0414
709
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07
04-5
533
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195
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729
046
110
037
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02
03-4
089
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639
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0414
300
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08
04-5
632
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045
546
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03-4
163
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0413
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729
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370
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04
03-4
237
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729
0413
460
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10
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836
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729
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389
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314
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415
03-6
729
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11
04-5
941
46-7
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729
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06
03-4
391
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337
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729
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589
939
3110
12
04-6
048
06-6
809
8-6
729
043
190
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1419
07
03-4
470
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258
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729
0412
142
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01
05-6
156
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729
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575
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687
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729
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224
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533
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Tabla 32 Flujo de fondos para la alternativa 2 con cuota inicial del 30 a 24 meses
Valor total del creacutedito $20533948 Plazo 24 meses Fecha 25-05-02
Intereacutes 2153 anual Mora 3100 anual Cuota mensual $-1060503
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6 211102 -756445 -304059 -1060503 16190632
7 211202 -770016 -290487 -1060503 15420616
8 200103 -783832 -276672 -1060503 14636784
9 190203 -797895 -262608 -1060503 13838889
10 210303 -812211 -248293 -1060503 13026678
11 200403 -826783 -233720 -1060503 12199895
12 200503 -841617 -218886 -1060503 11358278
13 190603 -856717 -203786 -1060503 10501561
14 190703 -872088 -188416 -1060503 9629473
15 180803 -887735 -172769 -1060503 8741738
16 170903 -903662 -156841 -1060503 7838076
17 171003 -919875 -140628 -1060503 6918201
18 161103 -936379 -124124 -1060503 5981822
19 161203 -953180 -107324 -1060503 5028642
20 150104 -970281 -90222 -1060503 4058361
21 140204 -987690 -72814 -1060503 3070671
22 150304 -1005410 -55093 -1060503 2065261
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10
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5210
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5301
10
06-4
871
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10
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05-3
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521
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07-5
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52-9
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0
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697
-21
572
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616
520
139
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ND
OS
2
FLU
JO D
E FO
ND
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3
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139
Tabla 35 Flujo de fondos para la alternativa 3 con cuota inicial del 30 a 24 meses
Valor total del creacutedito $20018056 Plazo 24 meses Fecha 25-05-02
Intereacutes 2153 anual Mora 3100 anual Cuota mensual $-1033859
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($)CUOTA
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5 221002 -724442 -309417 -1033859 16521301
6 211102 -737440 -296420 -1033859 15783861
7 211202 -750671 -283189 -1033859 15033190
8 200103 -764139 -269720 -1033859 14269051
9 190203 -777849 -256011 -1033859 13491202
10 210303 -791805 -242055 -1033859 12699397
11 200403 -806011 -227848 -1033859 11893386
12 200503 -820472 -213387 -1033859 11072914
13 190603 -835193 -198667 -1033859 10237721
14 190703 -850178 -183682 -1033859 9387543
15 180803 -865431 -168428 -1033859 8522112
16 170903 -880959 -152901 -1033859 7641153
17 171003 -896764 -137095 -1033859 6744389
18 161103 -912854 -121006 -1033859 5831535
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ujo
de fo
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4110
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665
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05-3
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749
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571
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06-4
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2
FLU
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E FO
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18
144
Del anaacutelisis financiero que se le realizoacute a cada una de las alternativas de inversioacuten se puede
observar que la alternativa maacutes favorable para un posible inversionista es la alternativa 1
ya que es la maacutes econoacutemica y presenta un menor endeudamiento Por esta razoacuten se
trabajaraacute en adelante sobre la alternativa 1 baacutesicamente
Tabla 38 Costo total para la alternativa escogida
Costos
(USD$)
Montaje
(USD$)
VAN del mto
anual por
20 antildeos
(USD$)1
Valor
presente
(USD$)
Valor
presente
($)
Mto anual 2
de inversioacuten
inicial
Valor de
salvamento
15
8561 2158 2285 13004 30733037 260 46099561 VAN del flujo de caja por 20 antildeos utilizando una tasa de inflacioacuten del 7 anual
Tabla 39 Flujo de fondos proyectado para la alternativa escogida
Alternativa
1
($)
Meses Tasa
de
intereacutes
()
Cuota
inicial del
30
($)
Valor a
financiar
($)
Cuota
mensual
($)
Mto
mensual
($)
Costo
mensual
($)
30733037 Cuota
del
preacutestamo
24 179 9219911 21513126 1111074 5122173 1162296
Cuota
del
preacutestamo
36 179 9219911 21513126 816734 5122173 867596
Cuota
del
preacutestamo
60 179 9219911 21513126 588435 5122173 639656
145
Tabla 40 Flujo de fondos para la alternativa escogida con cuota inicial del 30 a 24
meses
Valor total del creacutedito $21513126 Plazo 24 meses Fecha 25-05-02
Intereacutes 2153 anual Mora 3100 anual Cuota mensual $-1111074
CUOTANo FECHA CAPITAL
($)INTERES
($)CUOTA
($)SALDO
($)1 240602 -725093 -385981 -1111074 207880332 240702 -738102 -372972 -1111074 20049930
3 230802 -751345 -359729 -1111074 19298585
4 220902 -764826 -346249 -1111074 18533759
5 221002 -778548 -332527 -1111074 17755212
6 211102 -792516 -318558 -1111074 16962695
7 211202 -806735 -304339 -1111074 16155960
8 200103 -821210 -289865 -1111074 15334750
9 190203 -835943 -275131 -1111074 14498807
10 210303 -850942 -260133 -1111074 13647865
11 200403 -866209 -244865 -1111074 12781657
12 200503 -881750 -229324 -1111074 11899906
13 190603 -897570 -213504 -1111074 11002336
14 190703 -913674 -197400 -1111074 10088662
15 180803 -930067 -181007 -1111074 9158595
16 170903 -946754 -164320 -1111074 8211841
17 171003 -963740 -147334 -1111074 7248101
18 161103 -981031 -130043 -1111074 6267070
19 161203 -998633 -112442 -1111074 5268437
20 150104 -1016550 -94525 -1111074 4251887
21 140204 -1034788 -76286 -1111074 3217099
22 150304 -1053354 -57720 -1111074 2163744
23 140404 -1072253 -38821 -1111074 1091491
24 140504 -1091491 -19583 -1111074 0
TOTAL -4550430 -2116016 -1111074 0
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02-4
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FLU
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150
53 VALOR DEL SERVICIO DE ENERGIacuteA ELEacuteCTRICA ACTUAL
La empresa que suministra la energiacutea eleacutectrica en la vereda Tibista es la Empresa de
Energiacutea de Boyacaacute A continuacioacuten se ilustra un flujo estimativo del costo de la energiacutea
eleacutectrica proyectado mensual y anualmente para los 20 antildeos de vida uacutetil que posee el
sistema conversor de energiacutea eoacutelica Se tiene un estrato 2 (bajo) que esta dentro de un rango
de 1 a 200kWh cuya tarifa por kilovatio hora es de $13544
En el anexo 4 se muestran las tarifas de energiacutea eleacutectrica que tiene la Empresa de Energiacutea
de Boyacaacute para el departamento de Boyacaacute y Casanare durante el mes de mayo de 2002
Tabla 43 Flujo del servicio de energiacutea eleacutectrica actual por 20 antildeos
Antildeo Inflacioacuten
Presupuestada ()
Valor de energiacutea
eleacutectrica mensual ($)
Valor de energiacutea
eleacutectrica antildeo ($)
01 75 26438 3172562 75 28421 3410523 75 30553 3666364 75 32844 3941285 75 35307 4236846 75 37955 4554607 75 40802 4896248 75 43862 5263449 75 47152 565824
10 75 50688 60825611 75 54490 65388012 75 58577 70292413 75 62970 75564014 75 67693 81231615 75 72770 87324016 75 78228 93873617 75 84095 100914018 75 90402 108482419 75 97182 116618420 75 104471 1253652
TOTAL 13738800
151
En el anexo 5 se ilustra la diagramacioacuten de los flujos de fondos donde se muestra el valor
presente neto y la tasa interna de retorno de la alternativa escogida comparaacutendola con el
pago de la energiacutea entregada por parte de la empresa de energiacutea de Boyacaacute (EBSA) durante
un periodo de 20 antildeos que es la vida uacutetil del aerogenerador empezando la comparacioacuten por
aquella en la que el pago es al cien por ciento del valor del equipo luego con una cuota
inicial del treinta por ciento y el saldo a 24 36 y 60 meses
54 COSTO DE LA ENERGIacuteA GENERADA CON VIENTO
Se explicaraacute la forma de llegar al valor monetario de la unidad de energiacutea eleacutectrica
generada el costo del kWh Los elementos constitutivos de este costo seraacuten en una primera
aproximacioacuten el costo del capital invertido en el sistema el costo de operacioacuten y
mantenimiento y el costo de reposicioacuten de equipos (banco de bateriacuteas) cada cinco antildeos
541 Costo de capital
El costo de capital prorrateado a lo largo de la vida uacutetil de la turbina y actualizando su
valor al momento de la inversioacuten puede evaluarse mediante la siguiente expresioacuten
n)i1(11
iEg
CIECC
++++minusminusminusminus
====
(1)
Donde
CC Costo del capital en [$kWh]
CIE Capital invertido [$] (sin incluir el costo de la bomba centriacutefuga)
Eg Energiacutea eleacutectrica generada en [kWh]
i tasa de intereacutes mensual
n Antildeos de vida uacutetil de la turbina 20 antildeos como estaacutendar de la industria eoacutelica
152
Respecto de la energiacutea generada a lo largo de un antildeo Eg debemos recurrir a una
aproximacioacuten de la energiacutea La forma de llegar a esta estimacioacuten seraacute mediante la siguiente
expresioacuten
7608FCPEg n==== (2)
Donde
Pn Potencia nominal del equipo [kW]
FC Factor de carga
8760 Cantidad de horas en un antildeo
El factor de carga representa el porcentaje de horas que en un antildeo la turbina estaacute entregando
la potencia nominal Este es funcioacuten de la velocidad media del viento de la distribucioacuten de
frecuencias y de la curva caracteriacutestica de la maacutequina Para turbinas de buena calidad la
NASA ha determinado empiacutericamente la siguiente curva para obtener este valor
Figura Factor de carga para aerogeneradores
Como se vio en el capitulo anterior la potencia nominal del equipo es de 15kW y se tiene
para la zona de estudio una velocidad media del viento de 57ms para esta velocidad se
observa en la figura que el factor de carga tiene un valor de 035 ahora se reemplaza este
valor en la ecuacioacuten (2) asiacute
876003515kWEg =
4599kWhEg =
153
Teniendo el valor de Eg se reemplaza este valor en la ecuacioacuten (1) asiacute
20)7911(11
791kWh5994
081181acute24$CC
++++minusminusminusminus
====
$315kWhCC ====
542 Costos de operacioacuten y mantenimiento
Siguiendo ahora con el anaacutelisis de costos de generacioacuten los gastos incurridos en la
operacioacuten y mantenimiento del equipo se consideran que son el 2 del capital total
invertido mientras que en los gastos en impuestos como el IVA (Impuesto de Valor
Agregado) se puede omitir gracias al decreto 2532 de 2001 a las leyes 697 de 2001 y 223
de 1995 que se explicaran en el siguiente capitulo 7 Por lo tanto
020Eg
CIECOM ==== (3)
020kWh5994
081181acute24$COM ====
kWh105$COM ====
543 Costo de reposicioacuten de equipos
Por otro lado el sistema autoacutenomo proveedor de energiacutea eleacutectrica debe disponer de una
fuente de almacenamiento para cubrir los huecos energeacuteticos en diacuteas de calma de viento por
lo que eacuteste debe ser considerado como un integrante maacutes del costo de generacioacuten Asiacute para
el banco de bateriacuteas se tendraacute que su costo prorrateado a lo largo de su vida uacutetil (5antildeos) n
y actualizado al momento de la inversioacuten seraacute
154
n)i1(11
iEg
VBBCRE
++++minusminusminusminus
==== (4)
Donde
CRE Costo del banco de bateriacuteas [$kWh]
VBB Valor del banco de bateriacuteas [$]
5)7911(11
791kWh5994
2516824$CRE
++++minusminusminusminus
====
kWh215$CRE ====
Finalmente el costo total de la unidad de energiacutea generada mediante el aerogenerador
CTEG seraacute la suma de las expresiones anteriores quedando
CRECOMCCCTEG ++++++++==== (5)
kWh)215$105$315($CTEG ++++++++====
kWh635$CTEG ====
CAPITULO 6
6 CONSIDERACIONES AMBIENTALES
Es indudable que cualquier tecnologiacutea produce un impacto sobre el medio ambiente
afectando a la comunidad y siendo en la mayoriacutea de los casos difiacutecil cuantificarlo o no hay
intereacutes en ello pero debe ser evaluado y considerado en toda toma de decisiones Se
analizaraacuten brevemente los diversos aspectos relacionados con la implantacioacuten de sistemas
conversores de energiacutea eoacutelica
61 ASPECTOS POSITIVOS20
Una gran parte de la contaminacioacuten de CO2 a nivel mundial es producido por las plantas
generadoras de electricidad de carboacuten y petroacuteleo
Tabla 44 Emisiones de CO2 en el mundo
Combustible kg de CO2 por GJ kg de CO2 por kg decombustible
Gasolina 73 320Fuelfracciones ligeras del
petroacuteleo74 316
Fracciones pesadas del petroacuteleo 78 315Gas natural (metano) 57 274
Carboacuten 95 233
20 Revista Mundo Eleacutectrico Colombiano No 37 Beneficios e intereses de la energiacutea eoacutelica Paacuteg 95 octubre-diciembre de 1999
156
Si los aerogeneradores desplazan la generacioacuten a carboacuten cada kWh generado por esta
tecnologiacutea evitaraacute lanzar al medio ambiente
bull 5 ndash 8 g de SO2
bull 3 ndash 6 g de NOX
bull 750 ndash 1250 g de CO2
bull 40 ndash 70 g de cenizas y escorias
Las nuevas plantas termoeleacutectricas a carboacuten cuentan con filtros que remueven casi todos los
contaminantes excepto el CO2 que continua saliendo en la misma cantidad Es de anotar
que el CO2 se acumula en la atmoacutesfera y tarda maacutes de 100 antildeos en degradarse
En la actualidad la preocupacioacuten por evitar la destruccioacuten del planeta ha propiciado que
muchos paiacuteses adelanten estudios para lograr una reduccioacuten a mediano plazo de la
produccioacuten de los residuos contaminantes anteriormente mencionados
El maacutes importante de estos estudios se realizoacute basaacutendose en el anaacutelisis hecho por el
Stockholm Enviroment Institute de Boston y un grupo de expertos en diferentes disciplinas
A pesar de utilizar presunciones convencionales en cuanto al crecimiento econoacutemico y
demograacutefico el estudio concluyoacute que es teacutecnicamente factible reducir a la mitad el actual
uso de combustibles foacutesiles para dentro de cuarenta antildeos La utilizacioacuten de petroacuteleo y de
otros combustibles foacutesiles seriacutea abandonados completamente dentro del proacuteximo siglo y la
energiacutea nuclear seriacutea abandonada para el antildeo 2010
El estudio demuestra que una combinacioacuten de mejoras baacutesicas en la eficiencia energeacutetica en
todos los sectores maacutes la introduccioacuten de una gama de energiacuteas renovables como la
energiacutea eoacutelica conduce a reducciones muy significativas en el impacto ambiental de los
combustibles foacutesiles sin ocasionar ninguacuten colapso econoacutemico Esto puede ser una prueba
de que en futuro energeacutetico sin combustibles foacutesiles y sin energiacutea nuclear puede ser una
realidad
157
62 BARRERAS21
621 Impacto visual
El factor visual es el maacutes difiacutecil de cuantificar por que es muy subjetivo algunas personas
objetan al ver los aerogeneradores otras no Los elementos maacutes importantes en el impacto
visual son el tipo de paisaje el nuacutemero de aerogeneradores y la forma en que los
aerogeneradores esteacuten colocados
622 Ruido
El ruido de las turbinas eoacutelicas es generado por componentes mecaacutenicos como es la caja
amplificadora de velocidades o aerodinaacutemicamente por las aspas El ruido puede ser
reducido por un buen disentildeo mantenimiento y aislamiento acuacutestico en el primer caso y con
turbinas de velocidad variable aspas delgadas y disentildeo aerodinaacutemico cuidadoso
Las autoridades puacuteblicas en todo el mundo utilizan la denominada escala dB(A) o
decibelios (A) para cuantificar las medidas de sonido Para tener una idea de la escala se
puede observar la siguiente tabla
Tabla 45 Ejemplo de la escala de decibelios dB(A)
Nivel del
sonido
Umbral de
audibilidad
Susurro Conversacioacuten Trafico
Urbano
Concierto
de rock
Reactor a 10m
de distancia
dB (A) 0 30 60 90 120 150
La escala de decibelios (A) mide la intensidad de sonido en todo el rango de las diferentes
frecuencias audibles (diferentes tonos) y posteriormente utiliza un sistema de ponderacioacuten
21 RODRIacuteGUEZ D Julio M La energiacutea eoacutelica Bogotaacute DC 1992 Universidad Nacional Ingenieriacutea eInvestigacioacuten
158
teniendo en cuenta el hecho de que el oiacutedo humano tiene una sensibilidad diferente a cada
frecuencia de sonido
Figura 35 Propagacioacuten del sonido y distancia
De acuerdo con estaacutendares internacionales los fabricantes de aerogeneradores suelen
especificar niveles teoacutericos de dB(A) que se originan en toda la superficie de la maacutequina y
de su rotor Este nivel suele oscilar entre 65 y 100 dB(A)
623 Uso de terreno
Las experiencias de las granjas eoacutelicas indican que se necesitan de 7 a 12 hectaacutereas por
MW instalado pero no maacutes del 5 de esa aacuterea es usada por las turbinas Sin embargo el
resto del terreno puede seguir siendo usado en labores agriacutecolas
63 PROTOCOLO DE KYOTO
El protocolo de Kyoto es un acuerdo adoptado en la tercera conferencia sobre cambio
climaacutetico de las Naciones Unidas celebrada en diciembre de 1997 en Kyoto(Japoacuten) Por
primera vez se fijaron cuotas para la reduccioacuten de las emisiones de gases causantes del
efecto invernadero Al tiempo que se estableciacutean compromisos se introdujeron los
mecanismos para flexibilizarlos
159
Otros compromisos previstos en este protocolo son
bull Los 38 principales paiacuteses industrializados se comprometen a reducir sus emisiones
de 6 gases perjudiciales para el clima en un 52 por debajo del nivel de 1990 este
objetivo deberaacute ser alcanzado entre el 2008 y 2012
bull Los Estados de Unioacuten Europea deben reducir sus emisiones en un 8 de este
porcentaje se preveacute para Alemania un 21
bull Se introducen nuevos y flexibles instrumentos para la proteccioacuten del clima como el
comercio de emisiones e inversiones en proyectos determinados en paiacuteses
industrializados y en desarrollo apropiados para reducir las emisiones de gases de
efecto invernadero
6311 Conferencias sobre la reduccioacuten de gases de efecto invernadero
bull 1ra Conferencia sobre el cambio climaacutetico
Berliacuten (Alemania) 1995 se firmoacute el llamado ldquoMandato de Berliacutenrdquo por representantes de
160 paiacuteses en donde se establece la voluntad de reducir los gases causantes del efecto
invernadero pero sin compromisos sobre cifras y plazos Se eligioacute la ciudad de Bonn
(Alemania) como sede de la secretariacutea permanente de la convencioacuten marco de la ONU
sobre el cambio climaacutetico
bull 2da Conferencia sobre el cambio climaacutetico
Ginebra (Suiza) 1996 asistieron 150 paiacuteses que asumieron la responsabilidad del factor
humano en el cambio climaacutetico reconociendo la necesidad de fijar un objetivo cuantitativo
para limitar la emisioacuten de gases de efecto invernadero por parte de los paiacuteses
industrializados
bull 3ra Conferencia de Kyoto
Kyoto (Japoacuten) 1997 tambieacuten llamado protocolo de Kyoto asistieron 155 naciones que al
firmar este acuerdo obliga a los paiacuteses industrializados a reducir sus emisiones de gases
dividiendo a estos paiacuteses en 8 grupos y obligando juriacutedicamente a frenar y reducir la
emisioacuten de seis gases que producen el efecto invernadero
160
Se establece que EEUU rebaje un 7 las emisiones de gases contaminantes Japoacuten un 6
la Unioacuten Europea un 8 Rusia un 0 y los Estados de Europa central y Oriental un 8
Estos gases son
CO2
Metano
Oacutexido nitroso
Hidrofluorocarbono
Perfluorocarbono
Sulfuro hexafluoruro
bull 4ta Conferencia de las partes de la convencioacuten marco sobre el cambio climaacutetico
Representantes de 170 paiacuteses aplazan hasta el antildeo 2000 la puesta en marcha del
Mecanismo de Desarrollo Limpio (MDL) acordado en el protocolo de Kyoto acordando
tambieacuten la presencia de organizaciones no gubernamentales en oacuterganos de negociacioacuten de
la convencioacuten del clima
bull 5ta Conferencia del clima
Bonn (Alemania) 1999 acuden 4000 delegados de 166 paiacuteses en donde se ponen en
evidencia las diferencias entre los paiacuteses industrializados y las naciones en desarrollo
bull 6ta Conferencia del clima
La Haya (Holanda) 2000 La reunioacuten fue un fracaso y se suspendioacute sin ninguacuten acuerdo
para precisar los mecanismos de aplicacioacuten del Protocolo de Kyoto los sumideros de
carbono el comercio de los derechos de emisioacuten y la financiacioacuten del mecanismo de
desarrollo limpio
bull 7ta Conferencia del clima (2ordf parte)
Bonn (Alemania) 2001 en esta reunioacuten se planteoacute la disyuntiva de si se enterraba o no el
protocolo de Kyoto este se salvoacute finalmente al anunciar la Unioacuten Europea que iba a
ratificarlo postura a la que se unioacute Japoacuten Sin embargo los EEUU se quedaron aislados
161
64 MECANISMOS DE DESARROLLO LIMPIO22
641 Gases de efecto invernadero
Entre los asuntos que se discutieron con mayor detenimiento y profundidad durante al
conferencia de Riacuteo de Janeiro de las Naciones Unidas sobre ldquoMedio Ambiente y
Desarrollordquo en 1992 y que fue objeto de la mayor preocupacioacuten figura la referente al
ldquoCambio climaacutetico globalrdquo De alliacute surgioacute la Convencioacuten de las Naciones Unidas sobre el
ldquoCambio Climaacuteticordquo suscrita por maacutes de 150 paiacuteses y vigente desde marzo de 1994
A traveacutes de este documento los paiacuteses signatarios se comprometieron a realizar los
inventarios de las fuentes y sumideros de los gases de efecto invernadero (GEI) asiacute como
adelantar programas de mitigacioacuten y a recopilar y dar a conocer informaciones
concernientes a las implementaciones que resultaren necesarias para cumplir con este
propoacutesito internacional
Por otra parte los paiacuteses industrializados a traveacutes de la misma convencioacuten asumieron el
liderazgo en la orientacioacuten de los esfuerzos para lograr la mitigacioacuten de los GEI y
proporcionar ayuda financiera a los paiacuteses en desarrollo que les permita cubrir los costos
que implique la realizacioacuten sobre los informes de la misma materia asiacute como los
incrementos de los costos para las implementaciones que decidan previo acuerdo mutuo
los paiacuteses en desarrollo y los paiacuteses industrializados en cumplimiento de los mismos
compromisos
La Convencioacuten Marco de las Naciones Unidas sobre el Cambio Climaacutetico (CMNUCC)
suscrita por 155 paiacuteses en Riacuteo de Janeiro (Brasil) en 1992 tiene como objetivo la
ldquoestabilizacioacuten de las concentraciones de los gases de efecto invernadero en la atmoacutesfera a
22 VERA O Carlos A Estudio de energizacioacuten rural con fuentes alternativas municipio de San Jose delGuaviare Bogotaacute DC 2001 Trabajo de grado (Ingeniero Electricista) Universidad de la Salle Facultad deIngenieriacutea Eleacutectrica
162
un nivel tal que se puedan evitar interferencias antropogeacutenicas peligrosas para el sistema
climaacuteticordquo (Art 2)
Las directrices para alcanzar esta meta incluyen que todos los paiacuteses que suscribieron el
convenio ldquodeberiacutean proteger el sistema climaacutetico para el beneficio de las generaciones
presentes y futuras de la humanidad sobre la base de la equidad y de acuerdo con sus
responsabilidades comunes pero diferenciadas y su respectiva capacidadrdquo y que ldquolas partes
deberiacutean tomar medidas preventivas para anticipar prevenir o minimizar las causas del
cambio climaacutetico y mitigar sus efectos adversosrdquo (Art 3)
Colombia adopto la CMNUCC el 9 de mayo de 1992 y el Congreso Nacional la aproboacute por
ley 164 de 1995 La Corte Suprema de Justicia la considero exequible y fue ratificada el 22
de marzo de 1995 entroacute en vigencia para el paiacutes el 20 de junio de 1995 Como paiacutes no
perteneciente al Anexo 1 tiene los compromisos generales establecidos para todas las
naciones que suscribieron la CMNUCC
Los paiacuteses industrializados del Anexo 1 estaacuten comprometidos a suministrar recurso
financieros para asistir a los paiacuteses en desarrollo en la preparacioacuten de sus
comunicaciones nacionales y transferir tecnologiacutea para que los paiacuteses en desarrollo
puedan cumplir con la implementacioacuten de sus programas de reduccioacuten de emisiones23
Dentro de este contexto la Academia Colombiana de Ciencias Exactas Fiacutesicas y Naturales
(ACCEFN) con el apoyo de la Sociedad Alemana de Cooperacioacuten Teacutecnica (GTZ) y el
aval del Ministerio del Medio Ambiente realizo durante 1995 y 1996 el inventario de
gases de efecto invernadero- Colombia 1990 Durante 1998 la ACCEFN realizo el estudio
Opciones para la reduccioacuten de emisiones de gases de efecto invernadero en Colombia
1998-2010
23 Estudio de estrategia nacional para la implementacioacuten de mecanismos de desarrollo limpio para Colombia
163
642 Emisiones de CO2
El total de CO2 emitido en Colombia en 1990 fue de 167046Gg es decir una emisioacuten
anual per capita de 52 Tonhab Las principales fuentes fueron Cambio de Uso de la Tierra
y silvicultura especialmente tala y quema del bosque y Sector Energiacutea (quema de
combustibles)
Los sectores que presentaron una mayor participacioacuten en la emisioacuten de CO2 por el consumo
de combustibles foacutesiles (45448Gg) fueron el transporte con 328 energiacutea e industrias de
transformacioacuten con 302 y la industria manufacturera con 233 Estos tres sectores
tienen una participacioacuten del 863 en la generacioacuten de emisiones de CO2
0
5
10
15
20
25
30
35TransporteEnergiacuteaIndustria manofactureraResidencialOtrosComercialIndustrialConstruccioacuten
Figura 36 Emisiones sectoriales de CO2 en Colombia para 1990
643 Evolucioacuten de los mecanismos de Kyoto en las negociaciones de cambio
climaacutetico
En la tercera conferencia de las partes en Kyoto (Japoacuten) los paiacuteses lograron introducir
sistemas de derechos negociables los llamaron Mecanismos de Flexibilidad con el
objetivo de reducir sus costos de cumplir las metas de reduccioacuten de Gases Efecto
Invernadero (GEI)
164
Los costos de cumplimiento de las metas en ausencia de los mecanismos son altos Para
EEUU por ejemplo el costo incremental llegaraacute a US$76 por la uacuteltima tonelada de CO2
reducida Japoacuten enfrenta un costo en casa de US$239
Posteriormente estos niveles de precios fueron corregidos por las incertidumbres sobre la
entrada en vigencia del protocolo la probabilidad que los Certificados de Reduccioacuten de
Emisiones (CRE) se puedan transferir por una tasa de intereacutes del 5 para reflejar el costo
de oportunidad de realizar una inversioacuten hoy El rango de precios resultante fue 19
US$Ton CO2 Hasta la fecha se han aprobado 114 proyectos dentro de la fase piloto de las
actividades implementadas conjuntamente desde que empezoacute el programa en abril de 1995
El intereacutes general y objetivo de Kyoto frente al mecanismo de Desarrollo Limpio (MDL)
es promover el desarrollo sostenible en paiacuteses en viacutea de desarrollo y ayudar a los paiacuteses
industrializados a alcanzar sus metas de reduccioacuten de emisiones
65 LICENCIA AMBIENTAL PARA EL PROYECTO
Las autoridades competentes que expiden la licencia ambiental necesaria para llevar a cabo
un proyecto de estas caracteriacutesticas dependiendo de la jurisdiccioacuten en que estas tengan
derechos son las Corporaciones Autoacutenomas Regionales (ver anexo 6)
La Corporacioacuten Autoacutenoma Regional que tiene bajo su jurisdiccioacuten la vereda Tibista zona
rural del municipio de Saboyaacute es la CAR (Corporacioacuten Autoacutenoma Regional de
Cundinamarca) regional Ubateacute-Suaacuterez seccional Chiquinquiraacute esta seccional exige el
diligenciamiento de una solicitud de licencia ambiental (ver anexo 7) y posteriormente una
visita de sus funcionarios que observaraacuten el sitio del montaje de los equipos para obtener la
aprobacioacuten final de la licencia
CAPITULO 7
7 MARCO LEGAL Y TRIBUTARIO
Para entender mejor lo que se podraacute presentar en Colombia con respecto a los impuestos y
exenciones tributarias se debe conocer lo que sucede en otros paiacuteses del mundo en la
materia
71 INCENTIVOS INTERNACIONALES PARA LA ENERGIacuteA EOacuteLICA24
Particularmente en paiacuteses industrializados y de acuerdo con el protocolo de Kyoto
diversos gobiernos han implementado o planean implementar poliacuteticas e incentivos para
promover el desarrollo de energiacuteas limpias
711 Incentivos fiscales
Dentro de esta categoriacutea se encuentran los incentivos de inversioacuten particularmente los
impuestos de creacuteditos de inversioacuten son usualmente maacutes bajos al reducirse estos bajan los
costos del inversionista por medio de su ahorro
712 Depreciacioacuten acelerada
La depreciacioacuten acelerada de un equipo eoacutelico (por ejemplo alcanzando el 100 de
depreciacioacuten de una turbina en el primer antildeo de operacioacuten) bajaraacute significativamente la
24 OROZCO P Andreacutes Viabilidad teacutecnica y econoacutemica de la instalacioacuten de granjas eoacutelicas para suministro deenergiacutea eleacutectrica en Colombia Bogotaacute DC 1999 Trabajo de grado (Ingeniero Eleacutectrico) Universidad de losAndes Facultad de Ingenieriacutea Eleacutectrica
166
cantidad de impuestos pagados durante el estado inicial del proyecto esto alivia en parte
los elevados costos de capital al inicio de una planta eoacutelica
713 Subsidios
Existen muchas razones por las que el pago en efectivo puede ayudar a la promocioacuten de la
energiacutea eoacutelica muchas veces el pago de efectivo para la instalacioacuten de un sistema de
energiacutea eoacutelica es maacutes beneacutefico a un potencial inversor que tiene una renta de base limitada
para tomar completa ventaja de un creacutedito de inversioacuten Este tipo de incentivo ayuda a un
inversor privado al reducir el gravamen ya que la porcioacuten subsidiada de la planta de
potencia no es grabada
714 Pagos en efectivo por kWh
Estos pagos son similares en naturaleza a los subsidios de inversioacuten aunque el gobierno
paga al generador una cierta cantidad de dinero por kWh producido este incentivo no
solamente ayuda a un inversionista a construir un parque eoacutelico sino que estimula la
produccioacuten de electricidad
715 Exenciones arancelarias
Son otras formas de incentivos a la inversioacuten los gobiernos pueden reducir o eliminar la
cantidad de aranceles para la importacioacuten de la turbina esto baja efectivamente el costo de
capital y el costo inicial del proyecto ya que la mayoriacutea de los costos de un proyecto eoacutelico
provienen de la inversioacuten de capital inicial
716 Renuncia del uso de derechos impuestos de propiedad de la tierra
Se usa para reducir los costos involucrados con la inversioacuten inicial de un parque eoacutelico
Una cantidad significativa de tierra es necesaria para el desarrollo de un proyecto grandes
167
cantidades de tierra estaacuten asociadas con impuestos maacutes altos o derechos por el uso de esa
tierra ademaacutes en muchas instancias los impuestos de propiedad estaacuten basados en el valor
de las facilidades sobre la propiedad Comparada con plantas de combustible foacutesil las
plantas eoacutelicas estaacuten valoradas en una tasa mucho mayor y estaacuten sujetas a pagar maacutes altos
impuestos eliminando o reduciendo los derechos o impuestos sobre la tierra donde se ubica
la granja eoacutelica se bajaran los costos del proyecto
72 FINANCIACIOacuteN
La energiacutea renovable para muchas instituciones es considerada de alto riesgo debido a la
cualidad intermitente de la fuente de energiacutea muchos gobiernos garantizan preacutestamos dan
subsidio efectivamente maacutes bajos que las tasas de intereacutes que los inversionistas deben
pagar u ofrecen preacutestamos de bajo intereacutes Estos incentivos financieros para inversiones de
capital ayudan a aliviar los pagos que el operador del parque debe pagar en los primeros
antildeos del proyecto
73 REGULACIONES AMBIENTALES
731 Emisiones normalizadas
Muchas naciones desarrolladas que tienen poliacuteticas concernientes a la degradacioacuten
ambiental han formulado una serie de normas acerca de las emisiones para elevar la
calidad del aire a traveacutes de sus paiacuteses Estas medidas usualmente se representan en la forma
de capas de emisioacuten donde un cierto nivel de polucioacuten es permitido por la ley y maacutes allaacute de
este se toma alguna medida punitiva
732 Impuestos de emisioacuten
Muchos paiacuteses han desincentivado la construccioacuten y operacioacuten de plantas de potencia
polucionales tomando en cuenta impuestos sobre emisiones entre maacutes emisiones se
168
presentan en la atmoacutesfera se deben pagar maacutes impuestos La reduccioacuten de las emisiones a
un nivel oacuteptimo puede no ser el eacutexito primario de los impuestos sin embargo se elevan las
rentas estatales que pueden ser usadas para prevenir o controlar otros dantildeos al medio
ambiente o para implementar fuentes de energiacutea limpia
733 Raacutepida aprobacioacuten de proyectos ambientales
Esta poliacutetica se da para incentivar los proyectos energeacuteticos renovables en la medida en
que los proyectos son maacutes raacutepidamente aprobados maacutes raacutepido se puede comenzar a
construir y obtener beneficios
74 PROGRAMAS VOLUNTARIOS
741 Eliminacioacuten de subsidios para el combustible convencional
Muchos gobiernos subsidian en una forma u otra el combustible convencional como Diesel
Esos subsidios bajan artificialmente los costos asociados con generacioacuten de potencia
convencional Eliminando estos subsidios la energiacutea renovable seraacute maacutes competitiva y en
algunos casos menos costosa que la convencional
75 PAIacuteSES EN LOS QUE SE ESTIMULA EL USO DE ENERGIacuteA EOacuteLICA Y TIPO
DE ESTIacuteMULO25
bull Alemania Subsidios financiacioacuten subsidian en efectivo y precios preferenciales
depreciacioacuten acelerada reducciones y exenciones sobre los costos del inversor
rebajas en impuestos
25 OROZCO P Andreacutes Viabilidad teacutecnica y econoacutemica de la instalacioacuten de granjas eoacutelicas para suministro deenergiacutea eleacutectrica en Colombia p 97 Bogotaacute DC 1999 Trabajo de grado (Ingeniero Eleacutectrico) Universidadde los Andes Facultad de Ingenieriacutea Eleacutectrica
169
bull Argentina Presenta como incentivos fiscales la renuncia a los deberes de
importacioacuten
bull Brasil Exencioacuten de los impuestos temporales ademaacutes otorga creacuteditos a la
produccioacuten
bull Canadaacute Incentivos a los impuestos de inversioacuten
bull China Reduccioacuten de los deberes tributarios del inversionista reembolso de los
impuestos de renta y aprobacioacuten raacutepida de los proyectos ambientales
bull Dinamarca Subsidios en parte de los costos creacuteditos subsidios en efectivo
ademaacutes se presentan impuestos al carboacuten
bull Estados Unidos Creacuteditos de inversioacuten creacuteditos en efectivo a la produccioacuten con
respecto al medio ambiente se tienen en cuenta impuestos a la emisioacuten
bull Filipinas Exenciones en deberes a los inversionistas
bull Francia Como regulaciones ambientales el paiacutes cuenta con impuestos a las
emisiones
bull Gran Bretantildea Contratos a largo teacutermino
bull Holanda Depreciacioacuten acelerada impuestos al carboacuten
bull Indonesia Subsidios de capital
bull Italia Precio preferencial contratos a largo teacutermino
bull Japoacuten Impuestos a la emisioacuten
bull Meacutexico Depreciacioacuten acelerada
76 REGULACIOacuteN DE LAS ENERGIacuteAS ALTERNATIVAS EN COLOMBIA
En Colombia se promueve y se estimula el uso de fuentes alternativas de energiacutea por
medio de las disposiciones que adopta el gobierno nacional a traveacutes de sus entidades
gubernamentales de la siguiente manera
170
761 Ley 697 de octubre de 2001
LeyNo Proyecto De Ley Autor Ponentes
697Mediante el cual se fomenta el uso racional y eficientede la energiacutea se promueve la utilizacioacuten de energiacuteas
alternativas y se dictan otras disposiciones
SamuelMorenoRojas
Manuel GuillermoInfante Hugo Serrano
German Rojas
Esta ley a traveacutes de los artiacuteculos 1deg 2deg 4deg 7deg 9deg y 10deg promueve el uso racional de
energiacutea como la utilizacioacuten de las fuentes renovables Asiacute
Artiacuteculo 1deg Declaacuterase el Uso Racional y Eficiente de la Energiacutea (URE) como un asunto de
intereacutes social puacuteblico y de conveniencia nacional fundamental para asegurar el
abastecimiento energeacutetico pleno y oportuno la competitividad de la economiacutea colombiana
la proteccioacuten al consumidor y la promocioacuten del uso de energiacuteas no convencionales de
manera sostenible con el medio ambiente y los recursos naturales
Artiacuteculo 2deg El Estado debe establecer las normas e infraestructura necesarias para el cabal
cumplimiento de la presente ley creando la estructura legal teacutecnica econoacutemica y
financiera necesaria para lograr el desarrollo de proyectos concretos URE a corto
mediano y largo plazo econoacutemica y ambientalmente viables asegurando el desarrollo
sostenible al tiempo que generen la conciencia URE y el conocimiento y utilizacioacuten de
formas alternativas de energiacutea
Artiacuteculo 4deg Entidad responsable El Ministerio de Minas y Energiacutea seraacute la entidad
responsable de promover organizar asegurar el desarrollo y el seguimiento de los
programas de uso racional y eficiente de la energiacutea de acuerdo a lo dispuesto en la presente
ley y cuyo objetivo es
1 Promover y asesorar los proyectos URE presentados por personas naturales o
juriacutedicas de derecho puacuteblico o privado de acuerdo con los lineamientos del
programa de Uso Racional y Eficiente de la Energiacutea y demaacutes formas de energiacutea no
convencionales (PROURE) estudiando la viabilidad econoacutemica financiera
tecnoloacutegica y ambiental
2 Promover el uso de energiacuteas no convencionales dentro del programa de Uso
Racional y Eficiente de la Energiacutea y demaacutes formas de Energiacutea no Convencionales
(PROURE) estudiando la viabilidad tecnoloacutegica ambiental y econoacutemica
171
Artiacuteculo 7deg Estiacutemulos y sanciones
1 Para la investigacioacuten El Gobierno Nacional propenderaacute por la creacioacuten de
programas de investigacioacuten en el Uso Racional y Eficiente de la Energiacutea a traveacutes de
Colciencias seguacuten lo establecido en la Ley 29 de 1990 y el Decreto 393 de 1991
2 Para la educacioacuten El Icetex beneficiaraacute con el otorgamiento de preacutestamos a los
estudiantes que quieran estudiar carreras o especializaciones orientados en forma
especiacutefica a aplicacioacuten en el campo URE
3 Reconocimiento Puacuteblico El Gobierno Nacional crearaacute distinciones para personas
naturales o juriacutedicas que se destaquen en el aacutembito nacional en aplicacioacuten del URE
las cuales se otorgaraacuten anualmente El Ministerio de Minas y Energiacutea daraacute amplio
despliegue a los galardonados en los medios de comunicacioacuten maacutes importantes del
paiacutes
4 Generales El Gobierno Nacional estableceraacute los incentivos e impondraacute las
sanciones de acuerdo con el programa de uso racional y eficiente de la energiacutea y
demaacutes formas de energiacutea no convencionales de acuerdo a las normas legales
vigentes
Artiacuteculo 9deg Promocioacuten del uso de fuentes no convencionales de energiacutea El Ministerio de
Minas y Energiacutea formularaacute los lineamientos de las poliacuteticas estrategias e instrumentos para
el fomento y la promocioacuten de las fuentes no convencionales de energiacutea con prelacioacuten en las
zonas no interconectadas
Artiacuteculo 10degdegdegdeg El Gobierno Nacional a traveacutes de los programas que se disentildeen incentivaraacute y
promoveraacute a las empresas que importen o produzcan piezas calentadores paneles solares
generadores de biogaacutes motores eoacutelicos yo cualquier otra tecnologiacutea o producto que use
como fuente total o parcial las energiacuteas no convencionales ya sea con destino a la venta
directa al puacuteblico o a la produccioacuten de otros implementos orientados en forma especiacutefica a
proyectos en el campo URE de acuerdo a las normas legales vigentes
762 Ley 223 de diciembre de 1995
Ley No Entidad Emisora Fecha
223 Congreso de la Repuacuteblica Diciembre 20 de 1995
172
Con esta ley a traveacutes de su artiacuteculo 4to se excluye del impuesto de valor agregado (IVA) a
equipos destinados a promover las energiacuteas renovables Asiacute
Articulo 4deg Bienes excluidos del impuesto Quedan excluidos del IVA los siguientes
bienes
Numeral 4 Los equipos y elementos nacionales o importados que se destinen a la
construccioacuten instalacioacuten montaje y operacioacuten de sistemas de control y monitoreo
necesarias para el cumplimiento de las disposiciones regulaciones y estaacutendares ambientales
vigentes para la cual deberaacute acreditarse tal condicioacuten ante el Ministerio del Medio
Ambiente
763 Decreto 2532 de noviembre de 2001
Decreto No Entidad Emisora Fecha
2532 Ministerio de Hacienda y Creacutedito Publico Noviembre 27 de 2001
Este decreto al igual que la ley 223 de 1995 a traveacutes de los artiacuteculos 1deg 2deg 3deg y 4deg
excluye del impuesto de valor agregado (IVA) a los equipos de energiacuteas alternativas Asiacute
Artiacuteculo 1ordm Requisitos para solicitar la exclusioacuten de Impuesto sobre las Ventas El
Ministerio del Medio Ambiente mediante resolucioacuten estableceraacute la forma y requisitos como
han de presentarse a su consideracioacuten las solicitudes de calificacioacuten de que tratan los
artiacuteculos 424-5 numeral 4ordm y 428 literal f del Estatuto Tributario con miras a obtener la
exclusioacuten de Impuesto sobre las ventas correspondiente
Artiacuteculo 2ordm Definicioacuten de sistema de control ambiental sistema de monitoreo ambiental y
programa ambiental Para efectos de lo dispuesto en el artiacuteculo 424-5 numeral 4 y 428
literal f del Estatuto Tributario se adoptan las siguientes definiciones
1 Sistema de control ambiental Es el conjunto ordenado de equipos elementos o
maquinaria nacionales o importados seguacuten sea el caso que se utilizan para el
desarrollo de acciones destinadas al logro de resultados medibles y verificables de
disminucioacuten de la demanda de recursos naturales renovables o de prevencioacuten yo
reduccioacuten del volumen yo mejoramiento de la calidad de residuos liacutequidos
173
emisiones atmosfeacutericas o residuos soacutelidos Los sistemas de control pueden darse al
interior de un proceso o actividad productiva lo que se denomina control ambiental
en la fuente yo al finalizar el proceso productivo en cuyo caso se hablaraacute de
control ambiental al final del proceso
2 Sistema de monitoreo ambiental Es el conjunto sistemaacutetico de elementos
equipos o maquinaria nacionales o importados seguacuten sea el caso destinados a la
obtencioacuten verificacioacuten o procesamiento de informacioacuten sobre el estado calidad o
comportamiento de los recursos naturales renovables variables o paraacutemetros
ambientales vertimientos residuos yo emisiones
3 Programa ambiental Es el conjunto de acciones orientadas al desarrollo de los
planes y poliacuteticas ambientales nacionales previstas en el Plan Nacional de
Desarrollo yo formuladas por el Ministerio del Medio Ambiente asiacute como tambieacuten
las que correspondan a la implementacioacuten de los planes ambientales regionales
definidos por las autoridades ambientales Dichas acciones deben ajustarse a los
objetivos de los sistemas de control y monitoreo ambiental definidos conforme con
el presente decreto
Artiacuteculo 3ordm Elementos o equipos que son objeto del beneficio tributario previsto en el
artiacuteculo 424-5 numeral 4ordm El Ministerio del Medio Ambiente certificaraacute en cada caso los
elementos equipos y maquinaria que de conformidad con el artiacuteculo 424-5 numeral 4 del
Estatuto Tributario esteacuten destinados a la construccioacuten instalacioacuten montaje y operacioacuten de
sistemas de control y monitoreo ambiental para el cumplimiento de las disposiciones
regulaciones y estaacutendares ambientales vigentes
Artiacuteculo 4ordm Exclusioacuten del IVA en aplicacioacuten del artiacuteculo 428 literal f del Estatuto
Tributario El Ministerio del Medio Ambiente certificaraacute en cada caso que la maquinaria y
equipo a que hace referencia el artiacuteculo 428 literal f del Estatuto Tributario sea destinada a
sistemas de control ambiental y especiacuteficamente a reciclar y procesar basuras o
desperdicios (la maquinaria comprende lavado separado reciclado y extrusioacuten) para la
depuracioacuten o tratamiento de aguas residuales emisiones atmosfeacutericas o residuos soacutelidos
para recuperacioacuten de los riacuteos o el saneamiento baacutesico para lograr el mejoramiento del
medio ambiente siempre y cuando hagan parte de un programa que se apruebe por el
174
Ministerio del Medio Ambiente asiacute como sobre los equipos para el control y monitoreo
ambiental incluidos aquellos para cumplir los compromisos del Protocolo de Montreal
8 CONCLUSIONES
Gracias a la realizacioacuten del presente trabajo se pudo determinar que la utilizacioacuten de la
energiacutea eoacutelica para la generacioacuten de energiacutea eleacutectrica en zonas donde exista el potencial
eoacutelico suficiente en todo el territorio nacional es una alternativa que puede ser confiable
desde el punto de vista teacutecnico para las zonas apartadas del paiacutes que no esteacuten conectadas al
sistema interconectado nacional Esto se debe a que el desarrollo constante de la tecnologiacutea
hace que los sistemas conversores de energiacutea eoacutelica sean cada vez maacutes eficientes
Se determinoacute un lugar especiacutefico en el cual se aplicoacute la utilizacioacuten de la energiacutea eoacutelica
dicho lugar fue la Vereda Tibista zona rural del Municipio de Saboyaacute ubicado en el
departamento de Boyacaacute se encontroacute que esta zona presenta un potencial eoacutelico suficiente
del orden de 57ms lo que hace posible la instalacioacuten de un aerogenerador de 15kW con
respaldo de un banco de bateriacuteas Se dejoacute un sistema flexible el cual pueda estar sometido a
futuras ampliaciones o conexiones de equipos agriacutecolas como lo son equipos de ordentildeo
para ganado sistemas automaacuteticos de riego bebedores automaacuteticos para ganado
invernaderos motosierras etc Todo esto con el fin de tener autosuficiencia es decir que
se pueda generar su propia energiacutea eleacutectrica
Dentro del desarrollo del trabajo se encontroacute un buen nuacutemero de fabricantes
internacionales de aerogeneradores de baja potencia principalmente en Estados Unidos y
Espantildea En Colombia existen empresas como AQUAIRE ECOPRODUCTOS COHISCOL
LTDA que se dedican a la importacioacuten de estos equipos para todo el territorio nacional
Desde el punto de vista econoacutemico el proyecto no es atractivo para este lugar especifico
debido al bajo costo del kWh que suministra EBSA Este proyecto seriacutea maacutes rentable si se
realizara en zonas no interconectadas comparaacutendolo con otras alternativas como los es la
177
generacioacuten con un equipo diesel o haciendo la comparacioacuten con el costo que se generariacutea
tender redes del sistema de transmisioacuten nacional
En el estudio econoacutemico realizado al sistema conversor de energiacutea eoacutelica se tuvieron en
cuenta tres alternativas de inversioacuten diferentes tomando en cuenta ciertos aspectos como
una inversioacuten inicial baja y una financiacioacuten a 24 36 y 60 meses del valor restante de los
equipos a traveacutes de una entidad bancaria
Escogiendo asiacute la alternativa maacutes econoacutemica y rentable esto con el fin de plantear una
solucioacuten para un posible inversionista y dejar en claro que la opcioacuten de generar energiacutea
eleacutectrica a traveacutes de un sistema conversor de energiacutea eoacutelica es tambieacuten una solucioacuten
factible A pesar de las caracteriacutesticas anteriores resultariacutea maacutes rentable si se tuviera un
aerogenerador de mayor capacidad y se conectaran varios usuarios a dicho sistema
El mercado y las nuevas tecnologiacuteas asiacute como la necesidad de un futuro en que la
generacioacuten de energiacutea eleacutectrica sea una industria que no termine con los recursos naturales
y por otra parte aporte a la conservacioacuten del medio ambiente hace que los paiacuteses
desarrollados se fortalezcan en perfeccionar las tecnologiacuteas de fabricacioacuten de los sistemas
conversores de energiacutea eoacutelica y por ende sea maacutes factible econoacutemicamente su aplicacioacuten en
paiacuteses en proceso de desarrollo tecnoloacutegicamente como lo es Colombia Por todo ello se
logra cumplir el objetivo primordial que se busca en la presentacioacuten de este proyecto
suministrar de manera eficaz en la vereda Tibista zona rural de Saboyaacute energiacutea eleacutectrica
por medio de un aerogenerador de baja potencia sin alterar el ecosistema natural
Ademaacutes se tiene que Colombia en su marco regulatorio de las energiacuteas renovables cuenta
con ciertas leyes como lo son la ley 697 de octubre de 2001 223 de diciembre de 1995 y
el decreto 2532 de noviembre de 2001 que fomentan el uso racional de energiacutea y permiten
la exencioacuten del pago de algunos impuestos sobre la importacioacuten de equipos que esteacuten
destinados a instalaciones que utilicen energiacuteas alternativas
177
Es necesario que el gobierno tome medidas para la disminucioacuten del costo de importacioacuten de
materiales para los diferentes tipos de energiacutea alternativa buscando ofrecer al paiacutes nuevas
opciones de uso y aprovechamiento de energiacuteas limpias
Tambieacuten se establecioacute que el aumento progresivo y creacioacuten de nuevos impuestos no
convierte en una oportunidad viable la importacioacuten de nuevas alternativas en el sector
eleacutectrico por el contrario ello dificulta y atrasa la utilizacioacuten de fuentes renovables en el
paiacutes creando un riesgo en el beneficio de dichas fuentes Sin embargo se espera que en el
transcurrir del tiempo esta tecnologiacutea se expanda y evolucione reduciendo los costos de
fabricacioacuten y se logre que la importacioacuten del producto ya terminado como de las materias
primas sea maacutes atractiva haciendo posible en un futuro la fabricacioacuten y ensamblaje en el
paiacutes
9 RECOMENDACIONES
Para determinar la viabilidad teacutecnica en un sitio determinado es necesario realizar las
mediciones a nivel vertical sobre dicho sitio mas exactamente a 10m de la superficie como
miacutenimo ya que la velocidad del viento varia con la altura y con la posicioacuten de obstaacuteculos
alrededor del lugar Ademaacutes implementar el desarrollo de programas de valorizacioacuten del
recurso eoacutelico en lugares donde sea viable el estudio logrando asiacute una posible
implementacioacuten de los sistemas conversores de energiacutea eoacutelica tanto para generar energiacutea
eleacutectrica como para sistemas de aerobombeo
Utilizar fuentes no convencionales de energiacutea como lo puede ser la energiacutea eoacutelica la
energiacutea solar la biomasa etc para electrificar zonas donde la red eleacutectrica no exista por su
alto costo o por su difiacutecil acceso tambieacuten se recomienda utilizar estas fuentes de energiacutea en
sistemas donde es importante tener una continuidad en el servicio como por ejemplo
sistemas de comunicaciones y microondas
Buscar por medio de los gobiernos municipales departamentales y del gobierno nacional
la eliminacioacuten de impuestos estos por lo menos durante la mitad de la vida uacutetil del
aerogenerador ya que ello ayudariacutea a disponer de creacuteditos blandos para una futura
implementacioacuten Estas liacuteneas de creacutedito y financiacioacuten deben ser a largo plazo y un intereacutes
maacutes bajo que el manejado a nivel bancario logrando asiacute hacer una recuperacioacuten de capital
maacutes pronto y por ello haciendo maacutes llamativa la inversioacuten
Crear programas de investigacioacuten con otras facultades o entidades gubernamentales que
permitan realizar proyectos enfocados hacia la preservacioacuten de los recursos no renovables y
del medio ambiente utilizando las energiacuteas no convencionales
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Anexo 2 Ubicacioacuten geograacutefica de la estacioacuten metereoloacutegicaldquoALTO SABOYAacuterdquo
Anexo 3 Regiacutemenes de vientos de la estacioacuten ldquoALTO SABOYAacuterdquo de antildeos anteriores a 1997
Anexo 4 Tarifas de energiacutea eleacutectrica para Boyacaacute y Casanare durante el mes de mayo de 2002
RANGO DE Subsidio (-) oacute NIVEL DE TENSION
ESTRATO CONSUMO TARIFA CU(1) Contribucioacuten (2) CONCEPTO TARIFA Contribucioacuten (2) TARIFA Subsidio1 Entre 1 y 200 kWh 11287 22574 -50 NIVEL DE TENSION 1 (menor a 1 kilovoltio)
(Bajo Bajo) Mayor de 200 kWh 22574 22574 0 ACTIVA PLANA (00 a 24 horas) 27088 20 22574 02 Entre 1 y 200 kWh 13544 22574 -40 - Distritos o Asociaciones de Riego -- -- 11287 -50
(Bajo) Mayor de 200 kWh 22574 22574 0 ACTIVA DIFERENCIAL DOBLE (Una Punta)3 Entre 1 y 200 kWh 19188 22574 -15 - Horas Punta (17 a 21 horas) 32968 20 27473 0
(Medio Bajo) Mayor de 200 kWh 22574 22574 0 - Horas Fuera de Punta (00 a 17 y 21 a 24 horas) 24605 20 20504 04 ACTIVA DIFERENCIAL DOBLE (Dos Puntas)
(Medio) - Horas Punta (09 a 12 y 18 a 21 horas) 29355 20 24462 05 - Horas Fuera de Punta (00 a 09 12 a 18 y 21 a 24 horas) 24880 20 20734 0
(Medio Alto) ACTIVA DIFERENCIAL TRIPLE6 - Horas Demanda Miacutenima (00 a 05 horas) 22823 20 19019 0
(Alto) - Horas Demanda Media (05 a 17 y 21 a 24 horas) 25199 20 20999 0- Horas Demanda Maacutexima (17 a 21 horas) 32968 20 27473 0
RANGO DE Subsidio (-) oacute REACTIVA (00 a 24 horas) 27088 20 22574 0 ESTRATO CONSUMO TARIFA CU(1) Contribucioacuten (2) NIVEL DE TENSION 2 (entre 1 y 30 kilovoltios)
1 2 3 y 4 Mayor de 0 kWh 22574 22574 0 ACTIVA PLANA (00 a 24 horas) 21208 20 17674 0 5 y 6 Mayor de 0 kWh 27088 22574 20 - Distritos o Asociaciones de Riego -- -- 8837 -50
ACTIVA DIFERENCIAL DOBLE (Una Punta)COMPONENTES DEL COSTO UNITARIO DE PRESTACION DEL SERVICIO - Horas Punta (17 a 21 horas) 23778 20 19815 0
- Horas Fuera de Punta (00 a 17 y 21 a 24 horas) 20199 20 16832 0ACTIVA DIFERENCIAL DOBLE (Dos Puntas)- Horas Punta (09 a 12 y 18 a 21 horas) 22458 20 18715 0
Concepto Nivel Tensioacuten 1 2 3 4 - Horas Fuera de Punta (00 a 09 12 a 18 y 21 a 24 horas) 20241 20 16868 0 Generacioacuten G mt 5785 5785 5785 5785 ACTIVA DIFERENCIAL TRIPLE Transmisioacuten T mtz 1569 1569 1569 1569 - Horas Demanda Miacutenima (00 a 05 horas) 18878 20 15732 0 Peacuterdidas Reconocidas PR nt 1475 710 506 353 - Horas Demanda Media (05 a 17 y 21 a 24 horas) 20639 20 17199 0 Distribucioacuten D nm 8360 4170 2407 1070 - Horas Demanda Maacutexima (17 a 21 horas) 23778 20 19815 0 Otros Costos O mt 1358 1358 1358 1358 REACTIVA (00 a 24 horas) 21208 20 17674 0 Comercializacioacuten C mt 4229 4229 4229 4229 NIVEL DE TENSION 3 (entre 30 y 62 kilovoltios)
Costo Unitario CU nmt 22574 17674 15740 14281 ACTIVA PLANA (00 a 24 horas) 18888 20 15740 0ACTIVA DIFERENCIAL DOBLE (Una Punta) Horas Punta (17 a 21 horas) 20777 20 17314 0 Horas Fuera de Punta (00 a 17 y 21 a 24 horas) 18122 20 15102 0ACTIVA DIFERENCIAL DOBLE (Dos Puntas)
Horas Punta (09 a 12 y 18 a 21 horas) 19747 20 16456 0
Oficina Atencioacuten al Cliente Tunja 9800 918710 Horas Fuera de Punta (00 a 09 12 a 18 y 21 a 24 horas) 18171 20 15142 0
Oficina Atencioacuten al Cliente Yopal 9800 912870 ACTIVA DIFERENCIAL TRIPLE
Oficina Atencioacuten al Cliente Sogamoso 9800 918730 Horas Demanda Miacutenima (00 a 05 horas) 17709 20 14758 0
Oficina Atencioacuten al Cliente Duitama 9800 918720 Horas Demanda Media (05 a 17 y 21 a 24 horas) 18226 20 15188 0
Oficina Atencioacuten al Cliente Chiquinquiraacute 9800 918740 Horas Demanda Maacutexima (17 a 21 horas) 20777 20 17314 0
Oficina Atencioacuten al Cliente Pto Boyacaacute 9801 918750 REACTIVA (00 a 24 horas) 18888 20 15740 0
EMPRESA DE ENERGIacuteA DE BOYACAacute S A E S PTARIFAS DE ENERGIA ELECTRICA
APLICABLES A CONSUMOS EN EL MERCADO REGULADO DE BOYACA Y CASANARE DURANTE EL MES DE MAYO DE 2002
SECTOR RESIDENCIAL SECTOR NO RESIDENCIAL
PESOSKILOVATIO-HORA COMERCIAL E INDUSTRIAL OFICIAL Y ESPECIAL
Mayor de 0 kWh 22574 22574 0
Mayor de 0 kWh 27088 22574 20
Mayor de 0 kWh 27088 22574 20
AREAS COMUNESPESOSKILOVATIO-HORA
Vig
ilada
Sup
erin
tend
ecia
de
Serv
icio
s P
uacuteblic
os D
omic
ilari
os
(3) Para el Sector No Residencial el CU nmt es igual a la Tarifa Oficial en la Opcioacuten Tarifaria yo Franja Horaria
Caacutelculo Conforme a Resoluciones CREG 031 y 079 de 1997 116 de 2000 112 y 159 de 2001 (1) Costo Unitario de Prestacioacuten del Servicio (2) Factor de Contribucioacuten sobre el CU nmt al Fondo de Solidaridad y Redistribucioacuten de Ingresos
C UG T
P RD O Cn m t
m t m t z
n tn m m t m t
( )= +
minus+ + +
1
EVOLUCION MENSUAL DEL CPS CLIENTES REGULADOSDiciembre 2000 CUmt
NIVEL Gmt Tmtz Dnm Omt Cmt Calculado Variacioacuten
I 44919821 11366156 79556569 29462014 29900037 000
II 44919821 11366156 38888327 29462014 29900037 000
III 44919821 11366156 22444137 29462014 29900037 000
IV 44919821 11366156 9979921 29462014 29900037 000
Enero 2001 CUmt
NIVEL Gmt Tmtz Dnm Omt Cmt Calculado Variacioacuten
I 45874203 10375163 78465258 29994350 33663141 086
II 45874203 10375163 38746256 29994350 33663141 259
III 45874203 10375163 22362142 29994350 33663141 296
IV 45874203 10375163 9943461 29994350 33663141 331
Febrero 2001 CUmt
NIVEL Gmt Tmtz Dnm Omt Cmt Calculado Variacioacuten
I 47257800 11077231 79872648 29042251 34016237 244
II 47257800 11077231 39441227 29042251 34016237 406
III 47257800 11077231 22763239 29042251 34016237 438
IV 47257800 11077231 10121812 29042251 34016237 132
Marzo 2001 CUmt
NIVEL Gmt Tmtz Dnm Omt Cmt Calculado Variacioacuten
I 48986379 12061200 81293190 27188267 34660651 408
II 48986379 12061200 40142693 27188267 34660651 146
III 48986379 12061200 23168086 27188267 34660651 139
IV 48986379 12061200 10301829 27188267 34660651 133
Abril 2001 CU mt
NIVEL G mt T mtz D nm O mt C mt Calculado Variacioacuten
I 50039414 10789328 82069228 20111691 35173462 -281
II 50039414 10789328 40525902 20111691 35173462 -242
III 50039414 10789328 23389252 20111691 35173462 -307
IV 50039414 10789328 10400172 20111691 35173462 -240
Mayo 2001 CU mt
NIVEL G mt T mtz D nm O mt C mt Calculado Variacioacuten
I 51012094 11708212 83246437 16797767 35577085 -259
II 51012094 11708212 41107209 16797767 35577085 -260
III 51012094 11708212 23724750 16797767 35577085 -041
IV 51012094 11708212 10549353 16797767 35577085 -301
Junio 2001 CU mt
NIVEL G mt T mtz D nm O mt C mt Calculado Variacioacuten
I 51866974 11156097 83930402 15508129 35727023 -264
II 51866974 11156097 41444952 15508129 35727023 -289
III 51866974 11156097 23919676 15508129 35727023 -085
IV 51866974 11156097 10636028 15508129 35727023 -058
Julio 2001 CU mt
NIVEL G mt T mtz D nm O mt C mt Calculado Variacioacuten
I 52180336 11670543 83831753 21308814 35741476 048
II 52180336 11670543 41396239 21308814 35741476 114
III 52180336 11670543 23891561 21308814 35741476 382
IV 52180336 11670543 10623527 21308814 35741476 463
Agosto 2001 CU mt
NIVEL G mt T mtz D nm O mt C mt Calculado Variacioacuten
I 52683151 11389505 83785717 25743688 35780356 266
II 52683151 11389505 41373506 25743688 35780356 398
III 52683151 11389505 23878441 25743688 35780356 317IV 52683151 11389505 10617693 25743688 35780356 351
Septiembre-01 CU mtNIVEL G mt T mtz D nm O mt C mt Calculado Variacioacuten
I 53248511 870 10993397 -885 84035627 337 25961599 -451 35873533 350 302
II 53248511 107 10993397 -348 41496912 030 25961599 085 35873533 026 036
III 53248511 107 10993397 -348 23949664 030 25961599 085 35873533 026 037IV 53248511 107 10993397 -348 10649363 030 25961599 085 35873533 026 037
Octubre-01 CU mtNIVEL G mt T mtz D nm O mt C mt Calculado Variacioacuten
I 53740843 092 11488452 450 84114546 009 22905985 -1177 36006723 037 519
II 53740843 201 11488452 087 41535883 009 22905985 -1102 36006723 037 -106
III 53740843 201 11488452 087 23972156 009 22905985 -1102 36006723 037 -121IV 53740843 201 11488452 087 10659364 009 22905985 -1102 36006723 037 -136
Noviembre-01 CU mtNIVEL G mt T mtz D nm O mt C mt Calculado Variacioacuten
I 54969891 229 11371207 -102 83765987 -041 16196000 -2929 36072371 018 -259
II 54969891 229 11371207 -102 41363764 -041 16196000 -2929 36072371 018 -329
III 54969891 229 11371207 -102 23872819 -041 16196000 -2929 36072371 018 -368IV 54969891 229 11371207 -102 10615193 -041 16196000 -2929 36072371 018 -404
Diciembre-01 CU mtNIVEL G mt T mtz D nm O mt C mt Calculado Variacioacuten
I 54493122 -087 11945663 505 83667338 -012 10293558 -3644 36114531 012 -525
II 54493122 -087 11945663 505 41315051 -012 10293558 -3644 36114531 012 -669
III 54493122 -087 11945663 505 23844704 -012 10293558 -3644 36114531 012 -749IV 54493122 -087 11945663 505 10602692 -012 10293558 -3644 36114531 012 -824
EVOLUCION MENSUAL DEL CPS CLIENTES REGULADOSDiciembre-01 CU mt
NIVEL G mt T mtz D nm O mt C mt Calculado Variacioacuten
I 54493122 11945663 83667338 10293558 36114531 II 54493122 11945663 41315051 10293558 36114531 III 54493122 11945663 23844704 10293558 36114531 IV 54493122 11945663 10602692 10293558 36114531
Enero 2002 CUmt
NIVEL Gmt Tmtz Dnm Omt Cmt Calculado Variacioacuten
I 55408548 168 11428968 -433 82226014 -172 8301668 -1935 40772331 1290 081
II 55408548 168 11428968 -433 41017642 -072 8301668 -1935 40772331 1290 176
III 55408548 168 11428968 -433 23673057 -072 8301668 -1935 40772331 1290 208
IV 55408548 168 11428968 -433 10526368 -072 8301668 -1935 40772331 1290 239
Febrero 2002 CUmt
NIVEL Gmt Tmtz Dnm Omt Cmt Calculado Variacioacuten
I 56306160 162 15364140 3443 82580492 043 9419452 1346 41097439 080 356
II 56306160 162 15364140 3443 41194470 043 9419452 1346 41097439 080 421
III 56306160 162 15364140 3443 23775112 043 9419452 1346 41097439 080 464
IV 56306160 162 15364140 3443 10571747 043 9419452 1346 41097439 080 504
Marzo 2002 CUmt
NIVEL Gmt Tmtz Dnm Omt Cmt Calculado Variacioacuten
I 56372387 012 16350737 642 82831849 030 11970285 2708 41613252 210
II 56372387 012 16350737 642 41319857 030 11970285 2708 41613252 256
III 56372387 012 16350737 642 23847478 030 11970285 2708 41613252 284
IV 56372387 012 16350737 642 10603925 030 11970285 2708 41613252 310
Abril de 2002 CU mt
NIVEL G mt T mtz D nm O mt C mt Calculado Variacioacuten
I 55332060 -185 15490183 -526 83283003 054 12763344 663 41907335 071 -031
II 55332060 -185 15490183 -526 41544911 054 12763344 663 41907335 071 213
III 55332060 -185 15490183 -526 23977366 054 12763344 663 41907335 071 231
IV 55332060 -185 15490183 -526 10661681 054 12763344 663 41907335 071 765
Mayo de 2002 CU mt
NIVEL G mt T mtz D nm O mt C mt Calculado Variacioacuten
I 57854106 456 15692856 131 83598810 038 13575945 637 42289963 091 181
II 57854106 456 15692856 131 41702448 038 13575945 637 42289963 091 466
III 57854106 456 15692856 131 24068288 038 13575945 637 42289963 091 271
IV 57854106 456 15692856 131 10702110 038 13575945 637 42289963 091 1080
Junio 2002 CU mt
NIVEL G mt T mtz D nm O mt C mt Calculado Variacioacuten
I 0000000 -10000
II 0000000 -10000
III 0000000 -10000
IV 0000000 -10000
Julio 2002 CU mt
NIVEL G mt T mtz D nm O mt C mt Calculado Variacioacuten
I 0000000 -10000
II 0000000 -10000
III 0000000 -10000
IV 0000000 -10000
Agosto 2002 CU mt
NIVEL G mt T mtz D nm O mt C mt Calculado Variacioacuten
I 0000000 -10000
II 0000000 -10000
III 0000000 iexclDIV0IV 0000000 iexclDIV0
Septiembre-02 CU mtNIVEL G mt T mtz D nm O mt C mt Calculado Variacioacuten
I 0000000 -10000
II 0000000 iexclDIV0
III 0000000 iexclDIV0IV 0000000 iexclDIV0
Octubre-02 CU mtNIVEL G mt T mtz D nm O mt C mt Calculado Variacioacuten
I 0000000 -10000
II 0000000 iexclDIV0
III 0000000 iexclDIV0IV 0000000 iexclDIV0
Noviembre-02 CU mtNIVEL G mt T mtz D nm O mt C mt Calculado Variacioacuten
I 0000000 iexclDIV0
II 0000000 iexclDIV0
III 0000000 iexclDIV0IV 0000000 iexclDIV0
Diciembre-02 CU mtNIVEL G mt T mtz D nm O mt C mt Calculado Variacioacuten
I 0000000 iexclDIV0
II 0000000 iexclDIV0
III 0000000 iexclDIV0IV 0000000 iexclDIV0
Anexo 6 Corporaciones autoacutenomas regionales de Colombia
Anexo 7 Formulario para la solicitud de licencia ambiental
Anexo 1 Ubicacioacuten geograacutefica de la vereda Tibista
Anexo 5 Flujos de fondos para la alternativa escogida
- Factibilidad teacutecnica y econoacutemica para el suministro de energiacutea eleacutectrica en zona rural de Saboyaacute departamento de Boyacaacute por medio de aerogeneracioacuten a baja potencia
-
- Citacioacuten recomendada
-
- FACTIBILIDAD TECNICA Y ECONOMICA PARA EL SUMINISTRO DE ENERGIA ELECTRICA EN ZONA RURAL DE SABOYAacute DEPARTAMENTO DE BOYACA POR
-
Nota de aceptacioacuten
______________________________________
______________________________________
______________________________________
______________________________________ Director del proyecto
Ing Fabio Aldana Meacutendez
______________________________________ Jurado
Ing Ramoacuten F Antolinez
______________________________________ Jurado
Ing Jose de Jesuacutes Diacuteaz
Bogotaacute DC 8 de octubre de 2002
iii
Ni la universidad ni el director del proyecto ni el jurado calificador
son responsables de las ideas expuestas por los graduandos
iv
A Dios por la esperanza
A mis padres por su amor y apoyo
A mis hermanos por su amistad
A Angeacutelica y Alejandrolos adoro
Henry Rolando Martiacutenez Caro
A Dios por darme la paciencia y la suerte de culminar mi carrera
A mis padres por darme la vida y su apoyo incondicional
A mis hermanos por su compantildeiacutea en gran parte de mi vida
A mi novia por su amor y compantildeiacutea
A mis amigos y compantildeeros de la universidad por su amistad
Juan Carlos Chaparro Marroquiacuten
v
CONTENIDO
paacuteg
LISTA DE FIGURAS xiii
LISTA DE FOTOS xv
LISTA DE TABLAS xvi
LISTA DE ANEXOS xviii
RESUMEN xix
INTRODUCCIOacuteN xx
PREAacuteMBULO xxi
1 HISTORIA DE LA ENERGIacuteA EOacuteLICA
26
11 EL PIONERO DE LA ENERGIacuteA EOacuteLICA POUL LA COUR 26
111 Los aerogeneradores de La Cour 27
112 La revista de electricidad eoacutelica 27
12 PIONEROS DE LA ENERGIacuteA EOacuteLICA 1940-1950 28
121 Las turbinas de FL Smidth 28
13 PIONEROS DE LA ENERGIacuteA EOacuteLICA 1950 ndash 1980 29
131 Johannes Juul y el aerogenerador de Gedser 29
132 Las turbinas Nibe 31
14 AEROGENERADORES A PARTIR DE LOS 80 31
141 Disentildeos competitivos de turbinas 32
142 La maacutequina Twind 33
143 El gran torrente eoacutelico de California 34
15 INDUSTRIA EOacuteLICA ACTUAL 35
2 RECURSOS EOacuteLICOS 39
21 FUENTE DE LA ENERGIacuteA EOacuteLICA 39
211 Vientos locales vientos de montantildea 40
22 LA ENERGIacuteA EN EL VIENTO DENSIDAD DEL AIRE Y AacuteREA DE
BARRIDO DEL ROTOR 41
221 Densidad del aire 41
222 Aacuterea de barrido del rotor 42
23 LOS AEROGENERADORES DESVIacuteAN EL VIENTO 42
231 Tubo de corriente de aire 43
232 Tubo de corriente de aire ciliacutendrico 43
24 LA POTENCIA DEL VIENTO ES PROPORCIONAL AL CUBO DE LA
VELOCIDAD DEL VIENTO 44
25 MEDICIOacuteN DE LA VELOCIDAD DEL VIENTO ANEMOacuteMETROS 45
26 MEDICIONES DE LA VELOCIDAD DEL VIENTO EN LA PRAacuteCTICA 46
261 Informacioacuten empiacuterica 46
262 Anemoacutemetros totalizadores 47
263 Meacutetodo de correlacioacuten 48
27 RUGOSIDAD DEL TERRENO 49
271 Clase y longitud de rugosidad 49
28 VARIABILIDAD DE LA VELOCIDAD DEL VIENTO 51
281 Variabilidad del viento a corto plazo 51
282 Variaciones diurnas (noche y diacutea) del viento 51
29 OBSTAacuteCULOS AL VIENTO 52
291 Resguardo tras los obstaacuteculos 53
210 EFECTOS ACELERADORES 53
2101 Efecto tuacutenel 53
2102 Efecto de la colina 54
3 ASPECTOS TEOacuteRICOS 57
31 TECNOLOGIacuteA DE AEROGENERADORES 57
311 Eje 57
3111 Aerogeneradores de eje horizontal 57
3112 Aerogeneradores de eje vertical 57
312 Rotor 59
3121 Maacutequinas con rotor a barlovento 59
3122 Maacutequinas con rotor a sotavento 60
313 Nuacutemero de aspas 61
3131 Tripala 61
3132 Bipala (oscilantebasculante) 61
3133 Monopala 63
314 Generador 64
3141 Generadores de corriente continua 64
3142 Generadores de excitacioacuten o siacutencronos 65
3143 Generadores de induccioacuten o asiacutencronos 65
3144 Voltaje generado (tensioacuten) 65
3145 Sistema de refrigeracioacuten 66
3146 Opciones de disentildeo en generadores y conexioacuten a red 66
315 Sistema de transmisioacuten 66
3151 Sistema de transmisioacuten sin engranajes 67
3152 Sistema de transmisioacuten con engranajes 67
316 Torres 67
3161 Torres tubulares de acero 68
3162 Torres de celosiacutea 68
3163 Torres de maacutestil tensadas con cables de acero 69
317 Sistema eleacutectrico 70
3171 Conexioacuten a la red de las turbinas 71
32 EXTRACCIOacuteN DE POTENCIA 72
321 Potencia maacutexima uacutetil extraiacuteda al viento 74
3211 La ley de Betz 74
3212 Demostracioacuten de la ley de Betz 74
4 ANAacuteLISIS TEacuteCNICO 77
41 DETERMINACIOacuteN DEL SITIO 77
411 Saboyaacute (Boyacaacute) 77
412 Vereda Tibista 78
42 METODOLOGIacuteA GENERAL PARA LA REALIZACIOacuteN DEL
PROYECTO 78
421 Estudio del potencial eoacutelico 79
4211 Estacioacuten ldquoAlto Saboyaacuterdquo 79
4212 Anaacutelisis del reacutegimen de vientos 80
422 Modelamiento matemaacutetico para calcular la entrega de energiacutea eoacutelica 84
423 Estimacioacuten del consumo tiacutepico para vivienda rural 86
4231 Caacutelculo de la bomba eleacutectrica 87
424 Anaacutelisis para el desempentildeo del aerogenerador 89
4241 Aerogenerador de 1kW 89
4242 Aerogenerador de 15kW 91
4243 Aerogenerador de 3kW 92
425 Caacutelculo del banco de bateriacuteas 95
426 Caacutelculo del inversor 97
427 Caacutelculo del regulador 98
428 Montaje final del sistema conversor de energiacutea eoacutelica 99
43 MANUAL DE INSTALACIOacuteN OPERACIOacuteN Y MANTENIMIENTO
DEL AEROGENERADOR 102
431 Instalacioacuten 102
4311 Voltaje del sistema 102
4312 Instalacioacuten de la torre (localizacioacuten tipo y altura) 102
4313 Adquirir el tamantildeo del banco de bateriacuteas adecuado 103
4314 Seleccioacuten del lugar para instalar el banco de bateriacuteas 103
4315 Instalar el tablero de control (EZ-WIRE) y el transformador 104
4316 Instalar y conectar el disipador de carga 105
4317 Montar el interruptor de frenado 105
4318 Instalar el inversor y conectarlo al banco de bateriacuteas 106
4319 Instalar los conductores desde el extremo de la torre al transformador y
despueacutes al tablero de control 106
43110 Pruebas eleacutectricas para el aerogenerador 106
43111 Conectar los conductores y montar el aerogenerador en la torre 107
43112 Prueba del cableado del aerogenerador al tablero de control 108
43113 Instalar el timoacuten o cola 110
43114 Instalar las aspas y la nariz 111
43115 Izar la torre siguiendo las instrucciones del fabricante con el interruptor de
frenado en posicioacuten ldquoONrdquo 111
44 OPERACIOacuteN NORMAL 112
441 Controles y caracteriacutesticas del tablero de control 112
4411 Seccioacuten de control 112
4412 Seccioacuten del sistema de monitoreo 112
442 Operacioacuten del regulador automaacutetico de carga 114
4421 Luz indicador de regulacioacuten 114
4422 Posicioacuten de flotacioacuten 114
443 Iniciar el aerogenerador 115
4431 Operacioacuten de la heacutelice del aerogenerador 115
444 Encienda el inversor 115
445 Consumo de electricidad propia 115
45 MANTENIMIENTO 116
451 Mensual 116
4511 Revisar el interruptor de seguridad (para revisar el cableado eleacutectrico) 116
4512 Revisar el estado mecaacutenico observar y escuchar desde la base de la torre 117
4513 Inspeccionar la torre 117
452 Anual 118
4521 Revisar el banco de bateriacuteas 118
4522 Si es necesario realizar la carga de igualacioacuten de la bateriacutea 118
4523 Escalar la torre o bajarla y hacer una revisioacuten mecaacutenica total del
aerogenerador 119
4524 Registro de mantenimiento 119
5 ANAacuteLISIS ECONOacuteMICO 120
51 COSTOS DEL SISTEMA CONVERSOR DE ENERGIacuteA EOacuteLICA 120
511 Costos privados 121
5111 Costo de inversioacuten 121
51111 Costos de montaje 123
5112 Costos de explotacioacuten 124
52 ANAacuteLISIS FINANCIERO DEL PROYECTO 124
521 Anaacutelisis financiero para cada alternativa 126
53 VALOR DEL SERVICIO DE ENERGIacuteA ELEacuteCTRICA ACTUAL 150
54 COSTO DE LA ENERGIacuteA GENERADA CON VIENTO 151
541 Costo de capital 151
542 Costos de operacioacuten y mantenimiento 153
543 Costo de reoposicioacuten de equipos 153
6 CONSIDERACIONES AMBIENTALES 155
61 ASPECTOS POSITIVOS 155
62 BARRERAS 157
621 Impacto Visual 157
622 Ruido 157
623 Uso de terreno 158
63 PROTOCOLO DE KYOTO 158
631 Conferencias sobre la reduccioacuten de gases de efecto invernadero 159
64 MECANISMOS DE DESARROLLO LIMPIO 161
641 Gases de efecto invernadero 161
642 Emisiones de CO2 163
643 Evolucioacuten de los mecanismos de Kyoto en las negociaciones de cambio
climaacutetico 163
65 LICENCIA AMBIENTAL PARA EL PROYECTO 164
7 MARCO LEGAL Y TRIBUTARIO 165
71 INCENTIVOS INTERNACIONALES PARA LA ENERGIacuteA EOacuteLICA 165
711 Incentivos fiscales 165
712 Depreciacioacuten acelerada 165
713 Subsidios 166
714 Pagos en efectivo por kWh 166
715 Exenciones arancelarias 166
716 Renuncia del uso de derechos impuestos de propiedad de la tierra 166
72 FINANCIACIOacuteN 167
73 REGULACIONES AMBIENTALES 167
731 Emisiones normalizadas 167
732 Impuestos de emisioacuten 167
733 Raacutepida aprobacioacuten de proyectos ambientales 168
74 PROGRAMAS VOLUNTARIOS 168
741 Eliminacioacuten de subsidios para el combustible convencional 168
75 PAIacuteSES EN LOS QUE SE ESTIMULA EL USO DE ENERGIacuteA EOacuteLICA
Y TIPO DE ESTIMULO 168
76 REGULACIOacuteN DE LAS ENERGIacuteAS ALTERNATIVAS EN COLOMBIA 169
761 Ley 697 de octubre de 2001 170
762 Ley 223 de diciembre de 1995 171
763 Decreto 2532 de noviembre de 2001 172
8 CONCLUSIONES 175
9 RECOMENDACIONES 178
BIBLIOGRAFIacuteA 179
ANEXOS 182
LISTA DE FIGURAS
paacuteg
Figura 1 El aerogenerador de Gedser 30
Figura 2 Crecimiento de la energiacutea eoacutelica en el mundo 35
Figura 3 Caracterizacioacuten de los vientos en una montantildea 40
Figura 4 Representacioacuten del aacuterea barrida por un rotor 41
Figura 5 Desviacioacuten del viento producida por un aerogenerador 42
Figura 6 Corriente de aire en tubo ciliacutendrico 43
Figura 7 Graacutefica de la relacioacuten de potencia especiacutefica del viento con la velocidad
del viento 44
Figura 8 Anemoacutemetro de cazoletas 45
Figura 9 Anemoacutemetro de recorrido 48
Figura 10 Ejemplo de la variabilidad de la velocidad de viento de un sitio
determinado 51
Figura 11 Ejemplo de la variacioacuten diaria del viento de un sitio determinado 52
Figura 12 Vista lateral de la corriente de viento alrededor de un obstaacuteculo 52
Figura 13 Vista superior de la corriente de aire alrededor de un obstaacuteculo 53
Figura 14 Representacioacuten graacutefica del efecto tuacutenel 54
Figura 15a Representacioacuten graacutefica del efecto de la colina 55
Figura 15b Vista lateral del efecto de la colina 55
Figura 16 Aerogenerador de tres aspas 61
Figura 17a Aerogenerador de dos aspas 62
Figura 17b Aerogenerador de dos aspas con rotor basculante 62
Figura 18a Aerogenerador de una aspa 63
Figura 18b Disposicioacuten del contrapeso de un aerogenerador monopala 63
Figura 19 Disposicioacuten tiacutepica de elementos de un aerogenerador 64
xiii
Figura 20 Caracterizacioacuten del viento para la extraccioacuten de potencia en un
aerogenerador 72
Figura 21 Potencia maacutexima extraiacuteda del viento 76
Figura 22 Ubicacioacuten del municipio de Saboyaacute (Boyacaacute) 78
Figura 23 Velocidad anual del viento en la vereda Tibista (ms) 81
Figura 24 Velocidad mensual del viento en la vereda Tibista (ms) 82
Figura 25 Velocidad diaria del viento en la vereda Tibista (ms) 82
Figura 26 Velocidad horaria del viento en la vereda Tibista (ms) 83
Figura 27 Probabilidad de Weibull para la vereda Tibista 86
Figura 28 Curva de rendimiento de bombas centriacutefugas 88
Figura 29 Curva de potencia tiacutepica de un aerogenerador de 1kW 89
Figura 30 Curva de potencia tiacutepica de un aerogenerador de 15kW 91
Figura 31 Curva de potencia tiacutepica de un aerogenerador de 3kW 92
Figura 32 Banco de Bateriacuteas serie-paralelo 96
Figura 33 Montaje del sistema conversor de energiacutea eoacutelica 99
Figura 34 Modelo de flujo de caja 125
Figura 35 Propagacioacuten del sonido y distancia 159
Figura 36 Emisiones sectoriales de CO2 en Colombia para 1990 164
xiv
LISTA DE FOTOS
paacuteg
Foto 1 Poul la Cour y su esposa Christine 26
Foto 2 Aerogeneradores de la Cour 27
Foto 3 Turbina bipala de FL Smidth 28
Foto 4 Turbina tripala de FL Smidth 29
Foto 5 Aerogenerador de Johannes Juul 29
Foto 6 Aerogenerador de Gedser reacondicionado por la NASA 31
Foto 7 Aerogenerador de Riisager 32
Foto 8 Aerogenerador Darrieus de eje vertical 33
Foto 9 Aerogenerador Twind de 2MW 33
Foto 10 Granja eoacutelica en Palm Springs (California) 34
Foto 11 Aerogenerador NEG MICON de 15 MW 36
Foto 12 Superficie terrestre (tomada de un sateacutelite de la NASA NOAA-7
en julio de 1984) 39
Foto 13 Aacuterbol deformado a causa de la incidencia del viento 46
Foto 14 Paisaje llano correspondiente a una rugosidad de 05 50
Foto 15 Maacutequina Darrieus 58
Foto 16 Aerogenerador con rotor a barlovento 59
Foto 17 Aerogenerador con rotor a sotavento 60
Foto 18 Torres tubulares de acero 68
Foto 19 Aerogenerador con torre de celosiacutea 69
Foto 20 Aerogenerador con torre de maacutestil tensado 69
Foto 21 Inversor de 24VCD a 120VCA 97
xv
LISTA DE TABLAS
paacuteg
Tabla 1 Potencia eoacutelica en el mundo al 2002 36
Tabla 2 Potencia eoacutelica instalada en Europa (2002) 37
Tabla 3 Potencia eoacutelica instalada en Norte Ameacuterica (2002) 37
Tabla 4 Potencia eoacutelica instalada en Asia (2002) 37
Tabla 5 Potencia eoacutelica instalada en Aacutefrica (2002) 38
Tabla 6 Potencia eoacutelica instalada en Ameacuterica del Sur y Centroameacuterica (2002) 38
Tabla 7 Potencia eoacutelica instalada en Oceaniacutea (2002) 38
Tabla 8 Escala de Beaufort para la intensidad de viento 47
Tabla 9 Clase y longitud de rugosidad 50
Tabla 10 Tamantildeo tiacutepico de aerogeneradores y su velocidad de rotacioacuten 60
Tabla 11 Datos geograacuteficos de la estacioacuten metereoloacutegica 79
Tabla 12 Direccioacuten predominante y velocidad media diaria del viento en ms
para la estacioacuten ldquoALTO SABOYAacuterdquo 80
Tabla 13 Relaciones generales entre viabilidad y velocidad de viento para su uso
como fuente de energiacutea 84
Tabla 14 Consumo tiacutepico de energiacutea eleacutectrica en la zona de estudio 87
Tabla 15 Bomba Centriacutefuga 88
Tabla 16 Desempentildeo de un aerogenerador de 1kW para la vereda Tibista 90
Tabla 17 Desempentildeo de un aerogenerador de 15kW para la vereda Tibista 91
Tabla 18 Desempentildeo de un aerogenerador de 3kW para la vereda Tibista 93
Tabla 19 Aerogeneradores de 15kW 94
Tabla 20 Bateriacuteas de 220Ah 96
Tabla 21 Inversores de 24VCD a 120VCA 97
Tabla 22 Regulador de 100A 98
xvi
Tabla 23 Alternativa de inversioacuten 1 122
Tabla 24 Alternativa de inversioacuten 2 122
Tabla 25 Alternativa de inversioacuten 3 123
Tabla 26 Costos de montaje del sistema eoacutelico 123
Tabla 27 Costo final de las alternativas 124
Tabla 28 Flujo de caja proyectado para las 3 alternativas 128
Tabla 29 Flujo de caja para la alternativa 1 con cuota inicial del 30 a 24 meses 129
Tabla 30 Flujo de caja para la alternativa 1 con cuota inicial del 30 a 36 meses 130
Tabla 31 Flujo de caja para la alternativa 1 con cuota inicial del 30 a 60 meses 131
Tabla 32 Flujo de caja para la alternativa 2 con cuota inicial del 30 a 24 meses 134
Tabla 33 Flujo de caja para la alternativa 2 con cuota inicial del 30 a 36 meses 135
Tabla 34 Flujo de caja para la alternativa 2 con cuota inicial del 30 a 60 meses 136
Tabla 35 Flujo de caja para la alternativa 3 con cuota inicial del 30 a 24 meses 139
Tabla 36 Flujo de caja para la alternativa 3 con cuota inicial del 30 a 36 meses 140
Tabla 37 Flujo de caja para la alternativa 3 con cuota inicial del 30 a 60 meses 141
Tabla 38 Costo total para la alternativa escogida 144
Tabla 39 Flujo de caja proyectado para la alternativa escogida 144
Tabla 40 Flujo de caja para la alternativa escogida con cuota inicial del 30
a 24 meses 145
Tabla 41 Flujo de caja para la alternativa escogida con cuota inicial del 30
a 36 meses 146
Tabla 42 Flujo de caja para la alternativa escogida con cuota inicial del 30
a 60 meses 147
Tabla 43 Flujo del servicio de energiacutea eleacutectrica actual por 20 antildeos 150
Tabla 44 Emisiones de CO2 en el mundo 156
Tabla 45 Ejemplo de la escala de decibelios dB(A) 158
xvii
LISTA DE ANEXOS
paacuteg
Anexo 1 Ubicacioacuten geograacutefica de la vereda Tibista 182
Anexo 2 Ubicacioacuten geograacutefica de la estacioacuten metereoloacutegica ldquoALTO SABOYAacuterdquo 183
Anexo 3 Regiacutemenes de vientos de la estacioacuten ldquoALTO SABOYAacuterdquo de antildeos
anteriores a 1997 184
Anexo 4 Tarifas de energiacutea eleacutectrica para Boyacaacute y Casanare durante el mes
de mayo de 2002 185
Anexo 5 Flujos de fondos para la alternativa escogida 186
Anexo 6 Corporaciones autoacutenomas regionales de Colombia 187
Anexo 7 Formulario para la solicitud de licencia ambiental 188
xviii
RESUMEN
El objetivo de este proyecto ha sido establecer la factibilidad para la generacioacuten de energiacutea
eleacutectrica mediante un aerogenerador de baja potencia en la vereda Tibista zona rural del
municipio de Saboyaacute ubicado en el departamento de Boyacaacute En esta monografiacutea se
presenta en primer teacutermino una retrospectiva general de la utilizacioacuten de la energiacutea eoacutelica
incluyendo la tecnologiacutea empleada para el aprovechamiento de la misma tambieacuten se
presentan consideraciones teoacutericas y consideraciones a tener en cuenta en el proceso de
transformacioacuten de la potencia del viento en potencia uacutetil a ser obtenida
A partir del anaacutelisis del potencial eoacutelico para el lugar antes mencionado y de la estimacioacuten
del consumo tiacutepico de energiacutea eleacutectrica para una vivienda rural se busca el desempentildeo
oacuteptimo de un aerogenerador realizando un anaacutelisis comparativo entre varias alternativas de
aerogeneradores de diferentes potencias nominales que cumplan con la demanda de
energiacutea eleacutectrica y seleccionando asiacute el que mejor se adapte a las necesidades tanto
teacutecnicas como econoacutemicas
Igualmente el documento realiza un enfoque econoacutemico junto con consideraciones legales
y tributarias tanto internacionales como nacionales con el fin de determinar la factibilidad
del uso de las energiacuteas renovables en este caso particular la energiacutea eoacutelica
Por uacuteltimo se presentan conclusiones y recomendaciones de tipo teacutecnico y econoacutemico
como la factibilidad existente de utilizar la energiacutea eoacutelica como fuente de energiacutea eleacutectrica
para el consumo propio de una zona aislada y sus posibles costos proyectados a un mediano
plazo estas conclusiones y recomendaciones estaacuten dirigidas a viabilizar el uso de fuentes
alternativas en distintas zonas rurales del territorio nacional
xix
INTRODUCCIOacuteN
La utilizacioacuten de energiacuteas alternativas o renovables han cobrado gran importancia en el
mundo en los uacuteltimos antildeos debido a la concientizacioacuten de las personas sobre factores
ambientales y la necesidad de utilizar fuentes de energiacutea maacutes baratas y accesibles
Acontecimientos histoacutericos como la crisis del petroacuteleo de los antildeos setenta y el aumento de
los precios de los combustibles en los uacuteltimos antildeos han obligado a investigar sobre
energiacuteas alternativas y sus escenarios de sustitucioacuten de fuentes convencionales
Debido a que los precios de los combustibles foacutesiles podraacuten aumentar a mediano plazo
dada la limitacioacuten de sus reservas ha surgido una creciente importancia de las energiacuteas
renovables y en particular de la energiacutea eoacutelica Si se tuvieran en cuenta costos externos
como los ambientales la competitividad de estas fuentes renovables seriacutea mucho maacutes
evidente
Ademaacutes con objeto de promover el desarrollo energeacutetico de manera sostenible y racional
sin afectar nuestro medio ambiente e implementar la distribucioacuten a regiones aisladas se
plantea la necesidad de recurrir al uso de dichas fuentes alternativas como lo es la
aerogeneracioacuten ya que masificar el uso de combustibles foacutesiles extender las redes de
interconexioacuten eleacutectrica yo construir nuevos embalses implica costos ambientales y
econoacutemicos injustificables hoy en diacutea Los anteriores son factores que han motivado a
diferentes paiacuteses a utilizar el recurso eoacutelico como fuente de aprovechamiento energeacutetico
Colombia presenta un importante potencial para aprovechar esta tecnologiacutea
Mediante este proyecto se plantea suministrar energiacutea eleacutectrica en zona rural del municipio
de Saboyaacute por medio de un aerogenerador de baja potencia que trabaja con un reacutegimen de
vientos que logra ser el adecuado para la instalacioacuten de equipos de estas caracteriacutesticas y
que no implica alteracioacuten alguna al ecosistema natural aclarando que la aerogeneracioacuten a
baja potencia esta entre un rango de 500W a 20kW
Seleccionando asiacute correctamente el aerogenerador que cumpla eficazmente con la
generacioacuten de energiacutea eleacutectrica se podriacutean implementar para otras zonas del territorio que
no estaacuten conectadas con el sistema eleacutectrico nacional y que tambieacuten presenten condiciones
aceptables de vientos realizando una correcta aplicacioacuten funcionamiento y futuro montaje
de los aerogeneradores
Econoacutemicamente se espera que al transcurrir del tiempo exista una posible recuperacioacuten de
la inversioacuten inicial y que antes de terminar la vida uacutetil del aerogenerador se pueda
implementar yo mejorar la tecnologiacutea Sin embargo estos aspectos econoacutemicos definiraacuten
en la vereda Tibistaacute zona rural de Saboyaacute la factibilidad o rentabilidad que pueda existir
en un proyecto de generar energiacutea eleacutectrica utilizando el recurso natural del viento
En Colombia tenemos que la aerogeneracioacuten de baja potencia es una tecnologiacutea nueva para
el mercado nacional el presente trabajo analiza la factibilidad para tomar decisiones
acertadas acerca de la aplicacioacuten de la energiacutea eoacutelica en el campo de aerogeneracioacuten a baja
potencia en el lugar antes mencionado incluyendo un estudio teacutecnico y econoacutemico para
dejar una base en futuras investigaciones con todos los paraacutemetros necesarios para llevar a
cabo el montaje de este proyecto y ademaacutes que sirva de guiacutea para proacuteximas generaciones
con el fin de incentivar el uso de las energiacuteas renovables en nuestro caso el viento
xxi
PREAacuteMBULO
El constante desarrollo tecnoloacutegico de la humanidad a tenido un protagonista desde los
comienzos de la civilizacioacuten El dios Eolo El llamado dios de los vientos es aprovechado
desde las maacutes remotas eacutepocas Las primeras naves que surcaron los riacuteos lagos y mares
usaban las grandes superficies de sus velas para impulsar los diferentes tipos de naviacuteos y
puede decirse que fue su aprovechamiento un gran avance en la tecnologiacutea de la eacutepoca para
conquistar diferentes tierras en ultramar de hecho la Ameacuterica fue descubierta gracias al
aprovechamiento de la energiacutea eoacutelica Otro avance interesante se vio con el uso de los
molinos de viento para convertir la energiacutea eoacutelica en energiacutea mecaacutenica Asiacute fue posible
aprovechar la energiacutea para la molienda de cereales y para extraer el agua desde acuiacuteferos
ubicados en las entrantildeas de la tierra en los pozos profundos
A pesar de existir evidencia remota de la utilizacioacuten de una u otra forma de los sistemas de
conversioacuten de energiacutea eoacutelica para aprovechar la energiacutea del viento no se tiene una fecha
exacta de las primeras aplicaciones Se sabe que en la China se implementaron
rudimentarios molinos de viento de sencilla construccioacuten para el bombeo del agua varios
siglos AC Ademaacutes en Persia y Medio Oriente existe la evidencia de la utilizacioacuten de
molinos de viento de eje vertical los cuales estaban equipados con una vela de cantildea tejida y
fueron empleados para moler grano esto aproximadamente entre los antildeos 200 a 700 de la
era cristiana
Al pasar del tiempo la utilizacioacuten de la energiacutea eoacutelica se extendioacute por todo el mediterraacuteneo
y paulatinamente se fue introduciendo en Europa fue asiacute como se hicieron grandes mejoras
tecnoloacutegicas en especial por parte de los Holandeses A comienzos del siglo XX se hallaban
en funcionamiento alrededor de un milloacuten de maacutequinas eoacutelicas en todo el mundo para el
bombeo de agua
Posteriormente con el surgir de la maacutequina de vapor y luego el nacimiento y posterior
desarrollo del motor de combustioacuten impulsado por la segunda guerra mundial la energiacutea
eoacutelica dejoacute de ser un factor dominante en la imagen energeacutetica de los paiacuteses desarrollados
La crisis del petroacuteleo de 1973 demostroacute que los combustibles foacutesiles son un recurso
limitado ademaacutes de contaminantes por lo tanto se despierta la necesidad de desarrollar
otras formas de energiacutea con tecnologiacutea moderna Como consecuencia se ha presentado un
creciente intereacutes por la aplicacioacuten de la energiacutea eoacutelica
CLASIFICACIOacuteN Y DESCRIPCIOacuteN DE LAS MAacuteQUINAS DE ENERGIacuteA EOacuteLICA
Baacutesicamente la utilizacioacuten de estas maacutequinas de conversioacuten de energiacutea eoacutelica han sido para
la molienda de granos el bombeo de agua y la generacioacuten de energiacutea eleacutectrica
1 Molienda de granos
Los equipos utilizados para este tipo de trabajo son los molinos de viento claacutesico que se
distinguen fundamentalmente dos tipos de caja giratoria (figura a) y de techo giratorio
(figura b)
Figura a Molino de viento para la molienda de granos de caja giratoria
xxii
Figura b Molino de viento para la molienda de granos de techo giratorio con orientacioacuten
por rotor auxiliar
Se requeriacutea que el molinero estuviese en permanente vigilancia para mantener orientadas
las palas contra el viento La orientacioacuten se haciacutea primitivamente mediante bueyes o mulas
o a veces era el mismo molinero quien se ayudaba con aparejos para hacer girar el
conjunto Los maacutes modernos se orientaban por la accioacuten de dos eoacutelicas auxiliares Las palas
eran de madera generalmente recubiertas de tela Los modelos mediterraacuteneos soliacutean ser a
vela En Espantildea y Portugal existiacutea un sistema muy ingenioso de alarma para avisar al
molinero los cambio de viento Consistiacutea en caacutentaros colocados de una forma particular
sobre las aspas que cuando el viento cambiaba de direccioacuten incidiacutea con cierto aacutengulo sobre
los caacutentaros y los haciacutea sonar
Llegaron a construirse molinos de tipo caja giratoria hasta de 30kW Estas construcciones
funcionaron en Holanda durante maacutes de dos siglos su velocidad variaba de 10 a 40 rpm y
la captacioacuten maacutexima de energiacutea era de un 50
xxiii
2 Bombeo de agua
Este tipo de maacutequinas hicieron su aparicioacuten en Estados Unidos hacia 1870 desde alliacute
pasaron a Europa y al resto del mundo En la actualidad se realiza casi exclusivamente por
maacutequinas que tienen alrededor de 12 a 24 palas (multipala) siendo generalmente simples
chapas de metal curvadas Veacutease figura c
Figura c Aerobomba utilizada para la extraccioacuten de agua
Estas maacutequinas debido a su elevado par de arranque y de trabajar con vientos deacutebiles (de 2
a 35 ms aprox) son ideales para accionar bombas a pistoacuten Estas bombas a su vez
presentan muchas ventajas robustez poco desgaste por trabajar a baja velocidad bajo
precio poca necesidad de mantenimiento rendimiento bastante bueno y capacidad para
bombear desde capas profundas
Tambieacuten se han hecho experiencias de bombeo con maacutequinas de alta velocidad acopladas a
bombas centriacutefugas o a compresores de aire que bombean por emulsioacuten El rendimiento
global de estos sistemas es superior pero su costo es muy elevado
xxiv
3 Generacioacuten de energiacutea eleacutectrica
Los aerogeneradores utilizados para esta funcioacuten tiene un nuacutemero de palas menor que por
lo general va de 2 a 4 tiene la ventaja de ser a igual potencia maacutes livianas que las
maacutequinas utilizadas para el bombeo de agua debido a su menor solidez Tienen el
inconveniente de presentar un bajo par de arranque necesitan vientos de maacutes de 4 ms para
trabajar de manera estable las palas suelen fabricarse en aluminio o fibra de vidrio con
resina epoxi con lo cual se logra tener un menor peso en el aerogenerador Este proyecto se
basaraacute fundamentalmente en este tipo de maacutequinas eoacutelicas para el suministro de energiacutea
eleacutectrica en una zona rural En la figura d se puede observar un tipo de estas maacutequinas
Figura d Montaje tiacutepico de un aerogenerador para el suministro de energiacutea eleacutectrica en
una zona rural
xxv
CAPIacuteTULO 1
1 HISTORIA DE LA ENERGIacuteA EOacuteLICA
11 EL PIONERO DE LA ENERGIacuteA EOacuteLICA POUL LA COUR1
Foto 1 Poul la Cour y su esposa Christine
Poul la Cour (1846-1908) quien tuvo originalmente una formacioacuten como meteoroacutelogo
fue el pionero de las modernas turbinas eoacutelicas generadoras de electricidad Poul la Cour
fue tambieacuten uno de los pioneros de la moderna aerodinaacutemica y construyoacute su propio tuacutenel
de viento para realizar experimentos La Cour se preocupaba del almacenamiento de
energiacutea y utilizaba la electricidad de sus turbinas eoacutelicas para producir electroacutelisis y obtener
asiacute hidroacutegeno para las laacutemparas de gas de su escuela
1 Tomado httpwwwwindpowerorgespictureslacourhtm
27
111 Los aerogeneradores de La Cour
En la foto 2 se observan dos de los aerogeneradores de prueba que en 1897 Poul La Cour
teniacutea en el instituto de Askov Folk (Dinamarca) donde realizaba sus experimentos
Foto 2 Aerogeneradores de la Cour
112 La revista de electricidad eoacutelica
Poul la Cour tambieacuten publicoacute la primera revista de electricidad eoacutelica del mundo
En 1918 unas 120 empresas puacuteblicas de todo el mundo teniacutean un aerogenerador
generalmente del tamantildeo de 20 a 35kW haciendo un total de 3 megavatios de potencia
instalada
28
Sin embargo el intereacutes mundial por la energiacutea eoacutelica decayoacute en los antildeos siguientes aunque
una crisis de suministro durante la Segunda Guerra Mundial hizo que se afianzara
12 PIONEROS DE LA ENERGIacuteA EOacuteLICA 1940-19502
121 Las turbinas de FL Smidth
Foto 3 Turbina bipala de FL Smidth
Durante la segunda guerra mundial la compantildeiacutea danesa de ingenieriacutea FL Smidth (ahora
un fabricante de maquinaria para la industria cementera) construyoacute diversos
aerogeneradores bi y tripala Todas estas maacutequinas al igual que sus predecesoras generaban
CA (corriente alterna)
En la foto 4 se muestra una maacutequina de FL Smidth tripala de la isla de Bogo
(Dinamarca) fabricada en 1942 que formaba parte de un sistema eoacutelico-diesel que regiacutea el
suministro eleacutectrico de la isla En 1951 el generador de CC (corriente continua) fue
sustituido por un generador asiacutencrono de CA haciendo que esta segunda turbina generase
asiacute CA
2 CADIZ DELEITO J amp CABRERO J La energiacutea eoacutelica tecnologiacutea e historia Madrid Espantildea Ed Blume1984
29
Foto 4 Turbina tripala de FL Smidth
13 PIONEROS DE LA ENERGIacuteA EOacuteLICA 1950 ndash 19803
131 Johannes Juul y el aerogenerador de Gedser
El ingeniero Johannes Juul fue uno de los primeros alumnos de Poul la Cour en sus cursos
para electricistas eoacutelicos en 1904 En los antildeos 50 J Juul llegoacute a ser un pionero en el
desarrollo de los primeros aerogeneradores de corriente alterna en el mundo
Foto 5 Aerogenerador de Johannes Juul
3 CADIZ DELEITO J amp CABRERO J La energiacutea eoacutelica tecnologiacutea e historia Madrid Espantildea Ed Blume1984
30
El innovador aerogenerador de Gedser de 200kW fue construido en 1956-57 por J Juul
para la compantildeiacutea eleacutectrica SEAS en la costa de Gedser en la parte sur de Dinamarca
Figura 1 El aerogenerador de Gedser
La turbina tripala con rotor a barlovento con orientacioacuten electromecaacutenica y un generador
asincroacutenico fue un disentildeo pionero de los modernos aerogeneradores aunque su rotor con
cables de acero parezca actualmente algo pasado de moda La turbina disponiacutea de
regulacioacuten por peacuterdida aerodinaacutemica y J Juul inventoacute los frenos aerodinaacutemicos de
emergencia en punta de pala que se sueltan por la fuerza centriacutefuga en caso de
sobrevelocidad
Baacutesicamente el mismo sistema es hoy en diacutea utilizado en los modernos aerogeneradores de
regulacioacuten por peacuterdida aerodinaacutemica El aerogenerador que durante muchos antildeos fue el
maacutes grande del mundo fueacute increiacuteblemente duradero Funcionoacute durante 11 antildeos sin
mantenimiento
El aerogenerador de Gedser fue reacondicionado en 1975 a peticioacuten de la NASA que
queriacutea resultados de medicioacuten de la turbina para el nuevo programa estadounidense de
energiacutea eoacutelica La maacutequina funcionoacute durante pocos antildeos para las mediciones de prueba
antes de ser desmantelada La carcasa y el rotor de la turbina se exponen actualmente en el
Museo de Electricidad de Bjerringbro (Dinamarca)
31
Foto 6 Aerogenerador de Gedser reacondicionado por la NASA
132 Las turbinas Nibe
Despueacutes de la primera crisis del petroacuteleo de 1973 muchos paiacuteses iniciaron su intereacutes en la
energiacutea eoacutelica En el mundo entero las compantildeiacuteas de energiacutea eleacutectrica dirigieron
inmediatamente su atencioacuten a la construccioacuten de grandes aerogeneradores por ejemplo en
Alemania Dinamarca Suecia el Reino Unido y los EEUU En 1979 se construyeron
varios aerogeneradores de 630kW En muchos sentidos las turbinas resultaron
extremadamente costosas y en consecuencia el alto precio de la energiacutea devino un
argumento clave en contra de la energiacutea eoacutelica
14 AEROGENERADORES A PARTIR DE LOS 80
Christian Riisager un carpintero estadounidense construyoacute un pequentildeo aerogenerador de
22kW en su propio jardiacuten utilizando el disentildeo del aerogenerador de Gedser como punto de
partida Utilizoacute componentes estaacutendar que no resultaban costosos (por ej un motor eleacutectrico
como generador partes de un vehiacuteculo como multiplicador y freno mecaacutenico) donde le fue
posible
32
El aerogenerador de Riisager resultoacute ser un eacutexito en muchos casas de campo de todo el
mundo y su eacutexito proporcionoacute la inspiracioacuten para la construccioacuten a partir de los antildeos 80 de
los actuales aerogeneradores
Foto 7 Aerogenerador de Riisager
141 Disentildeos competitivos de turbinas
Algunos disentildeos incluido el de Riisager estaacuten en parte basados en la soacutelida experiencia del
aerogenerador de Gedser o en las claacutesicas rosas de los vientos multipala americanas de
lento movimiento otras eran maacutes revolucionarias incluyendo las maacutequinas Darrieus de eje
vertical (veacutease foto 8) las maacutequinas que utilizan aletas para el control de potencia o
hidraacuteulica para el sistema de transmisioacuten etc La mayoriacutea de maacutequinas eran muy pequentildeas
para los estaacutendares actuales normalmente de 5 a 11kW
33
Foto 8 Aerogenerador Darrieus de eje vertical
142 La maacutequina Twind
La maacutequina Twind de 2MW fue una maacutequina totalmente revolucionaria La maacutequina era
una maacutequina corriente abajo con un diaacutemetro de rotor de 54m girando a velocidad variable
con un generador siacutencrono y con una conexioacuten indirecta a red utilizando electroacutenica de
potencia La maacutequina todaviacutea funciona perfectamente y se encuentra en Dinamarca
Foto 9 Aerogenerador Twind de 2MW
34
Asiacute pues el temprano desarrollo de los aerogeneradores era un lejano clamor de los
programas de investigacioacuten subvencionados por el gobierno sobre grandes maacutequinas
llevados a cabo simultaacuteneamente en Alemania EEUU Suecia el Reino Unido o Canadaacute
Finalmente versiones mejoradas de la claacutesica maacutequina tripala corriente arriba del
aerogenerador de Gedser resultaron ser los ganadores comerciales de esta competicioacuten
143 El gran torrente eoacutelico de California
Foto 10 Granja eoacutelica en Palm Springs (California)
Alrededor de 1985 el mercado de energiacutea eoacutelica en Estados Unidos desaparecioacute de la
noche a la mantildeana con la desaparicioacuten de los esquemas de apoyo californianos a esta
tecnologiacutea Desde entonces soacutelo unas pocas nuevas instalaciones han sido puestas en
servicio aunque finalmente el mercado parece haberse recuperado En efecto una sola
compantildeiacutea la Sea West Energy Corporation de los Estados Unidos creada en 1981 instaloacute
en 14 antildeos entre 1981 y 1995 2610 turbinas eoacutelicas con una potencia total instalada de
392 Megavatios
35
15 INDUSTRIA EOacuteLICA ACTUAL4
Actualmente se maneja a nivel mundial grandes granjas eoacutelicas o parques eoacutelicos que son
un conjunto de aerogeneradores ubicados muy cerca entre si que conforman una central de
energiacutea eleacutectrica utilizando aerogeneradores de 20kW a 2MW de potencia nominal las
maacutequinas de 600 y 750kW continuacutean siendo el soporte de la industria aunque el mercado
de los megavatios despegoacute en los antildeos 90
Figura 2 Crecimiento de la energiacutea eoacutelica en el mundo
El prototipo de la turbina NEG Micon 15MW (veacutease foto 11) fue puesto en
funcionamiento en septiembre de 1995 El modelo original teniacutea un diaacutemetro de rotor de
60 metros y dos generadores de 750kW funcionando en paralelo La versioacuten maacutes reciente
es un modelo 1500750kW (con dos generadores de 750kW) con un diaacutemetro de rotor de
64m
4 Revista Mundo Eleacutectrico Colombiano No40 ABB vislumbra rentable oportunidad de crecimiento Paacutegs127-8 julio ndash septiembre de 2000
36
Foto 11 Aerogenerador NEG MICON de 15MW
La capacidad instalada mundial en MW de energiacutea eoacutelica a enero de 2002 por continente
y por paiacutes con que se cuenta actualmente se puede ilustrar en las siguientes tablas5
Tabla 1 Potencia eoacutelica en el mundo al 2002
CONTINENTE MW
Europa 17360
Norte Ameacuterica 4452
Asia 2241
Aacutefrica 179
Centro-Sur Ameacuterica 125
Oceaniacutea 110
TOTAL 24467
5 Tomado httpwwwwpmconzwindicathtmmercado mundial de la energiacutea eoacutelica
37
Tabla 2 Potencia eoacutelica instalada en Europa (2002)
PAIacuteS MW PAIacuteS MWAlemania 8753 Ucrania 40
Espantildea 3335 Finlandia 39Dinamarca 2417 Beacutelgica 31
Italia 697 Polonia 28Reino Unido 485 Turquiacutea 19
HolandandashP Bajos 483 Noruega 17Suecia 280 Luxemburgo 15Grecia 272 Repuacuteblica Checa 5
Portugal 127 Rusia 5Irlanda 125 Suiza 5Austria 95 Letonia 1Francia 85 Rumania 1TOTAL 17360
Tabla 3 Potencia eoacutelica instalada en Norte Ameacuterica (2002)
PAIacuteS MW
EEUU 4245Canadaacute 207TOTAL 4452
Tabla 4 Potencia eoacutelica instalada en Asia (2002)
PAIacuteS MW PAIacuteS MWIndia 1507 Israel 8China 399 Sri Lanka 3Japoacuten 300 Taiwaacuten 3Iraacuten 11 Jordania 2
Corea de Sur 8TOTAL 2241
Tabla 5 Potencia eoacutelica instalada en Aacutefrica (2002)
38
PAIacuteS MWEgipto 125
Marruecos 54TOTAL 179
Tabla 6 Potencia eoacutelica instalada en Centroameacuterica y Ameacuterica del Sur (2002)
PAIacuteS MW PAIacuteS MWCosta Rica 71 Zona Caribe 13
Brasil 20 Meacutexico 5Argentina 14 Chile 2TOTAL 125
Tabla 7 Potencia eoacutelica instalada en Oceaniacutea (2002)
PAIacuteS MWAustralia 73
Nueva Zelanda 37TOTAL 110
CAPIacuteTULO 2
2 EL RECURSO EOacuteLICO
21 FUENTE DE LA ENERGIacuteA EOacuteLICA
Todas las fuentes de energiacutea renovables (excepto la mareomotriz y la geoteacutermica) e incluso
la energiacutea de los combustibles foacutesiles provienen en uacuteltimo teacutermino del sol El sol irradia
cerca de 10 x 1013 kWh de energiacutea hacia la Tierra en otras palabras la Tierra recibe 1017 W
de potencia Esto supone una energiacutea alrededor de 50 a 100 veces superior a la convertida
en biomasa por todas las plantas de la tierra Las diferencias de temperatura conllevan la
circulacioacuten de aire
Foto 12 Superficie terrestre
(Tomada de un sateacutelite de la NASA NOAA-7 en julio de 1984)
Las regiones alrededor del ecuador a 0deg de latitud son calentadas por el sol maacutes que las
zonas del resto del globo (veacutease foto 12) Estas aacutereas calientes estaacuten indicadas en colores
caacutelidos rojo naranja y amarillo
40
El aire caliente es maacutes ligero que el aire friacuteo por lo que subiraacute hasta alcanzar una altura
aproximada de 10km y se extenderaacute hacia el norte y hacia el sur Si el globo no rotase el
aire simplemente llegariacutea al Polo Norte y al Polo Sur para posteriormente descender y
volver al ecuador6
211 Vientos locales vientos de montantildea
Figura 3 Caracterizacioacuten de los vientos en una montantildea
Las regiones montantildeosas muestran modelos de clima muy interesantes
Un ejemplo es el viento del valle que se origina en las laderas que dan al sur (oacute en las que
dan al norte en el hemisferio sur) Cuando las laderas y el aire proacuteximo a ellas estaacuten
calientes la densidad del aire disminuye y el aire asciende hasta la cima siguiendo la
superficie de la ladera Durante la noche la direccioacuten del viento se invierte convirtieacutendose
en un viento que fluye ladera abajo Si el fondo del valle estaacute inclinado el aire puede
ascender y descender por el valle este efecto es conocido como viento de cantildeoacuten
6 Tomado httpwwwaweaorg
41
22 LA ENERGIacuteA EN EL VIENTO DENSIDAD DEL AIRE Y AacuteREA DE BARRIDO
DEL ROTOR
Figura 4 Representacioacuten del aacuterea barrida por un rotor
Un aerogenerador obtiene su potencia de entrada convirtiendo la fuerza del viento en un par
(fuerza de giro) actuando sobre las aspas del rotor La cantidad de energiacutea transferida al
rotor por el viento depende de la densidad del aire del aacuterea de barrido del rotor y de la
velocidad del viento Esto se puede observar en la figura 4 donde se representa el aacuterea
barrida por un rotor
221 Densidad del aire
La energiacutea cineacutetica de un cuerpo en movimiento es proporcional a su masa (o peso) Asiacute la
energiacutea cineacutetica del viento depende de la densidad del aire es decir de su masa por unidad
de volumen En otras palabras cuanto maacutes pesado sea el aire maacutes energiacutea recibiraacute la
turbina A presioacuten atmosfeacuterica normal y a 15 degC el aire pesa unos 1225 kilogramos por
metro cuacutebico aunque la densidad disminuye ligeramente con el aumento de la humedad
Ademaacutes el aire es maacutes denso cuando hace friacuteo que cuando hace calor A grandes altitudes
(en las montantildeas) la presioacuten del aire es maacutes baja y el aire es menos denso
42
222 Aacuterea de barrido del rotor
Un aerogenerador tiacutepico de 3kW tiene un diaacutemetro del rotor de 4 metros lo que supone un
aacuterea del rotor de unos 1256 metros cuadrados El aacuterea del rotor determina cuanta energiacutea
del viento es capaz de capturar una turbina eoacutelica
Dado que el aacuterea del rotor aumenta con el cuadrado del diaacutemetro del rotor una turbina que
sea dos veces maacutes grande recibiraacute 22 = 2 x 2 = cuatro veces maacutes energiacutea
23 LOS AEROGENERADORES DESVIacuteAN EL VIENTO7
Figura 5 Desviacioacuten del viento producida por un aerogenerador
Un aerogenerador desviaraacute el viento antes incluso de que el viento llegue al plano del rotor
Esto significa que nunca se captura toda la energiacutea que hay en el viento utilizando un
aerogenerador
En la figura 5 se representa el flujo de viento que viene desde la derecha y se usa un
mecanismo para capturar parte de la energiacutea cineacutetica que posee el viento (la figura muestra
un rotor de dos aspas aunque podriacutea haberse tratado de cualquier otro mecanismo)
43
231 Tubo de corriente de aire
El rotor del aerogenerador debe obviamente frenar el viento cuando captura su energiacutea
cineacutetica y la convierte en energiacutea rotacional Esto implica que el viento se moveraacute maacutes
lentamente en la parte izquierda del rotor que en la parte derecha Dado que la cantidad de
aire que pasa a traveacutes del aacuterea barrida por el rotor desde la derecha (por segundo) debe ser
igual a la que abandona el aacuterea del rotor por la izquierda el aire ocuparaacute una mayor seccioacuten
transversal (diaacutemetro) detraacutes del plano del rotor
Este efecto puede apreciarse en la figura 5 donde se muestra un tubo imaginario el
llamado tubo de corriente alrededor del rotor del aerogenerador El tubo de corriente
muestra como el viento movieacutendose lentamente hacia la izquierda ocuparaacute un gran volumen
en la parte posterior del rotor El viento no seraacute frenado hasta su velocidad final
inmediatamente detraacutes del plano del rotor El frenado del viento se produciraacute gradualmente
en la parte posterior del rotor hasta que la velocidad llegue a ser praacutecticamente constante
232 Tubo de corriente de aire ciliacutendrico
Se puede objetar que un aerogenerador girariacutea incluso situaacutendolo dentro de un tubo
ciliacutendrico normal Por supuesto se estaraacute en lo cierto al pensar que el rotor de un
aerogenerador puede girar si se situase dentro de un enorme tubo de cristal como el de la
figura 6 pero ocurre lo siguiente
7 Tomado httpwwwwindpowerorgestourwrestubehtm
44
Figura 6 Corriente de aire en un tubo ciliacutendrico
El viento de la parte izquierda del rotor se mueve a menor velocidad que el de la parte
derecha pero al mismo tiempo se sabe que el volumen de aire que entra al tubo por la
derecha cada segundo debe ser el mismo que el volumen de aire que sale del tubo por la
izquierda Con ello se puede deducir que si el viento encuentra alguacuten obstaacuteculo dentro del
tubo (en este caso el rotor) parte del viento que llega desde la derecha debe ser desviado de
la entrada del tubo (debido a la alta presioacuten del aire en el extremo derecho del tubo)
Por tanto el tubo ciliacutendrico no es una representacioacuten muy exacta de lo que ocurre cuando el
viento encuentra un aerogenerador por lo que la imagen de la figura 5 en forma de botella
es la maacutes cercana a la realidad
24 RELACIOacuteN DE LA POTENCIA DEL VIENTO CON EL CUBO DE LA
VELOCIDAD DEL VIENTO
La velocidad del viento es el factor de mayor importancia para la cantidad de energiacutea que
un aerogenerador puede transformar en electricidad la cantidad de energiacutea que posee el
viento variacutea con el cubo (la tercera potencia) de la velocidad media del viento pej si la
velocidad del viento se duplica la cantidad de energiacutea que contenga seraacute 23 = 2 x 2 x 2 =
ocho veces mayor
45
Figura 7 Graacutefica de la relacioacuten de potencia especiacutefica del viento con la velocidad del
viento
Ahora se puede explicar porque la energiacutea que contiene el viento variacutea con la tercera
potencia de su velocidad En el caso de turbinas eoacutelicas se usa la energiacutea de frenado del
viento por lo que si se dobla la velocidad del viento se tendraacute dos veces maacutes porciones
ciliacutendricas de viento movieacutendose a traveacutes del rotor cada segundo y cada una de esas
porciones contiene cuatro veces maacutes energiacutea
25 MEDICIOacuteN DE LA VELOCIDAD DEL VIENTO ANEMOacuteMETROS
Las mediciones de las velocidades del viento se realizan normalmente usando un
anemoacutemetro de cazoletas (ver figura 8) El anemoacutemetro de cazoletas tiene un eje vertical
tres cazoletas que capturan el viento y una veleta para detectar la direccioacuten del viento el
nuacutemero de revoluciones por segundo son registradas electroacutenicamente En lugar de
cazoletas el anemoacutemetro puede estar equipado con heacutelices aunque no es lo habitual
46
Figura 8 Anemoacutemetro de Cazoletas
Otros tipos de anemoacutemetros incluyen ultrasonidos o anemoacutemetros provistos de laacuteser que
detectan el desfase del sonido o la luz coherente reflejada por las moleacuteculas de aire los hay
tambieacuten de hilo electrocalentado que detectan la velocidad del viento mediante pequentildeas
diferencias de temperatura entre los cables situados en el viento y en la sombra del viento
(cara a sotavento)
26 MEDICIONES DE LA VELOCIDAD DEL VIENTO EN LA PRAacuteCTICA8
261 Informacioacuten empiacuterica
Esta informacioacuten se recoge con base a visitas realizadas al lugar donde las condiciones de
topografiacutea de vegetacioacuten y la investigacioacuten con los habitantes de la regioacuten aportan una
informacioacuten valiosa en la identificacioacuten de los lugares con un alto nivel de velocidad de
viento como se puede ver en la foto 13 en donde se observa la deformacioacuten de un aacuterbol
causada por la incidencia permanente de viento Si ya existen aerogeneradores en el aacuterea
los resultados de produccioacuten son una excelente guiacutea de las condiciones de viento locales
Informacioacuten empiacuterica puntual puede ser deducida a partir de la escala de Beaufort (tabla
8) que indica las caracteriacutesticas de incidencia de viento en la tierra
8 PINILLA S Aacutelvaro Manual de aplicacioacuten de la energiacutea eoacutelica Bogotaacute INEA 1997 p21
47
Foto 13 Aacuterbol deformado a causa de la incidencia del viento
Tabla 8 Escala de Beaufort para la intensidad de viento9
Numero deBeaufort
Velocidad de viento(ms)
Efectos observados en tierra
0 00 ndash 02 Calma humo asciende verticalmente
1 03 ndash 15 El humo indica la direccion del viento aspas demolinos no se mueven
2 16 ndash 33 Se siente el viento en la cara se mueven las hojas delos aacuterboles aspas de molinos se empiezan a mover
3 34 ndash 54 Hojas y ramas pequentildeas se mueven constantementebanderas livianas se extienden
4 55 ndash 79 Polvo hojas y papel en el piso se levanta ramas semueven
5 80 ndash 107 Pequentildeos aacuterboles comienzan a bambolear
6 108 ndash 138 Ramas grandes de los aacuterboles en movimiento silbido
9 OLADE Prospeccioacuten Evaluacioacuten y Caracterizacioacuten de la Energiacutea Eoacutelica Ecuador 1990
48
emana de cuerdas
7 139 ndash 171 Todo aacuterbol se mueve resistencia fuerte al caminarcontra el viento
8 172 ndash 207 Ramitas y ramas de los aacuterboles se rompen caminar esdificil
9 208 ndash 244 Las ramas medianas de los aacuterboles se quiebran
10 245 ndash 283 Los aacuterboles son arrancados y dantildeadas las techumbres
11 284 ndash 325 Destrozos extensos (Borrarsca)
12 326 ndash 369 Destrozos extensos (Huracaacuten)
13 370 ndash 414 Destrozos extensos (Huracaacuten)
14 415 ndash 461 Destrozos extensos (Huracaacuten)
15 462 ndash 508 Destrozos extensos (Huracaacuten)
16 509 ndash 558 Destrozos extensos (Huracaacuten)
17 559 ndash 611 Destrozos extensos (Cicloacuten)
262 Anemoacutemetros totalizadores
El anemoacutemetro deberaacute estar localizado en un lugar donde las condiciones sean limpias con
muy pocos obstaacuteculos alrededor y a una altura de 10m a 12m sobre la superficie del
terreno
Asiacute pues al realizar la lectura el visualizador del odoacutemetro deberaacute estar localizado muy
cerca del suelo ya que las torres para la instalacioacuten de anemoacutemetros por lo general no son
lo suficientemente robustas para sostener el peso de una persona que ascienda para realizar
las lecturas(veacutease figura 9)
Con la recopilacioacuten de esta informacioacuten totalizada y con promedio de velocidad de viento
se caracteriza formalmente el reacutegimen de vientos presente en un lugar identificaacutendose con
gran certeza las variaciones tanto diurnas como mensuales
49
Figura 9 Anemoacutemetro de Recorrido
263 Meacutetodo de correlacioacuten
Este meacutetodo de estimacioacuten permite combinar mediciones realizadas en un lugar especiacutefico
con registradores de velocidad de viento de cualquier tipo con los datos publicados y
suministrados por el servicio de meteorologiacutea (en Colombia el IDEAM y Corporaciones
Regionales) en estaciones aledantildeas al lugar
Se puede realizar mediciones de viento por un periodo corto de tiempo en un lugar (por
ejemplo algunos cuantos meses) y al comparar con datos obtenidos simultaacuteneamente en
una estacioacuten metereoloacutegica cercana al lugar se pueden producir coeficientes numeacutericos de
proporcionalidad a traveacutes de comparar los valores promedios medidos (diurnos yo
mensuales) con los datos publicados por el servicio de meteorologiacutea
27 RUGOSIDAD DEL TERRENO10
A alturas de alrededor de un kiloacutemetro la superficie terrestre apenas ejerce influencia
alguna sobre el viento Sin embargo en las capas maacutes bajas de la atmoacutesfera las velocidades
10 Tomado httpwwwwindpowerorgestourwresshearhtm
50
del viento se ven afectadas por la friccioacuten con la superficie terrestre En la industria eoacutelica
se distingue entre rugosidad del terreno la influencia de los obstaacuteculos y la influencia del
contorno del terreno tambieacuten llamada orografiacutea del aacuterea
En general cuanto maacutes pronunciada sea la rugosidad del terreno mayor seraacute el frenado que
experimente el viento Obviamente los bosques y las grandes ciudades frenan mucho el
viento mientras que las pistas de hormigoacuten de los aeropuertos soacutelo lo frenan ligeramente
las superficies de agua son incluso maacutes lisas que las pistas de hormigoacuten y tendraacuten por tanto
menos influencia sobre el viento mientras que la hierba alta y los arbustos frenaraacuten el
viento de forma considerable
271 Clase y longitud de rugosidad
En la industria eoacutelica la gente suele referirse a clase de rugosidad o longitud de rugosidad
cuando se trata de evaluar las condiciones eoacutelicas de un paisaje (ver tabla 9) Una alta
rugosidad de clase 3 oacute 4 se refiere a un paisaje con muchos aacuterboles y edificios mientras que
a la superficie del mar le corresponde una rugosidad de clase 0
Las pistas de hormigoacuten de los aeropuertos pertenecen a la clase de rugosidad 05 al igual
que el paisaje abierto y llano abierto (ver foto 14) El teacutermino longitud de rugosidad es en
realidad la distancia sobre el nivel del suelo a la que teoacutericamente la velocidad del viento
deberiacutea ser nula
Tabla 9 Clase y longitud de rugosidad
Clase derugosidad
Longitudde
rugosidad(m)
Iacutendicede
energiacutea()
Tipo de paisaje
51
0 00002 100 Superficie del agua
05 00024 73Terreno completamente abierto con una superficie lisapej pistas de hormigoacuten en los aeropuertos ceacutespedcortado etc
1 003 52 Aacuterea agriacutecola abierta sin cercados ni setos y con edificiosmuy dispersos Soacutelo colinas suavemente redondeadas
15 0055 45 Terreno agriacutecola con algunas casas y setos resguardantes de8 metros de altura con una distancia aproximada de 1250m
2 01 39 Terreno agriacutecola con algunas casas y setos resguardantes de8 metros de altura con una distancia aproximada de 500m
25 02 31Terreno agriacutecola con muchas casas arbustos y plantas osetos resguardantes de 8 metros de altura con una distanciaaproximada de 250m
3 04 24Pueblos ciudades pequentildeas terreno agriacutecola con muchoso altos setos resguardantes bosques y terreno accidentado ymuy desigual
35 08 18 Ciudades maacutes grandes con edificios altos
4 16 13 Ciudades muy grandes con edificios altos y rascacielos
Foto 14 Paisaje llano correspondiente a una rugosidad de 05
28 VARIABILIDAD DE LA VELOCIDAD DEL VIENTO
281 Variabilidad del viento a corto plazo
La velocidad del viento estaacute siempre fluctuando por lo que el contenido energeacutetico del
viento variacutea continuamente La fluctuacioacuten depende tanto de las condiciones climaacuteticas
como de las condiciones de superficie locales y de los obstaacuteculos la produccioacuten de energiacutea
52
de una turbina eoacutelica variaraacute conforme variacutee el viento aunque las variaciones maacutes raacutepidas
seraacuten hasta cierto punto compensadas por la inercia del rotor del aerogenerador
Figura 10 Ejemplo de la variabilidad de la velocidad de viento de un sitio determinado
282 Variaciones diurnas (noche y diacutea) del viento
En la mayoriacutea localizaciones del planeta el viento sopla maacutes fuerte durante el diacutea que
durante la noche La figura 11 muestra en intervalos de 3 horas como variacutea la velocidad
del viento a lo largo del diacutea en una ubicacioacuten de un aerogenerador especifico
esta variacioacuten se debe a las diferencias de temperatura El viento presenta tambieacuten maacutes
turbulencias y tiende a cambiar de direccioacuten maacutes raacutepidamente durante el diacutea que durante la
noche Desde el punto de vista de los propietarios de aerogeneradores el hecho de que la
mayor parte de la energiacutea eoacutelica se produzca durante el diacutea es una ventaja ya que el
consumo de energiacutea entonces es mayor que durante la noche
53
Figura 11 Ejemplo de la variacioacuten diaria del viento de un sitio determinado
29 OBSTAacuteCULOS AL VIENTO
Los obstaacuteculos del viento tales como edificios aacuterboles formaciones rocosas etc pueden
disminuir la velocidad del viento de forma significativa y a menudo crean turbulencias en
torno a ellos
Figura 12 Vista lateral de la corriente de viento alrededor de un obstaacuteculo
Como puede verse en la figura 12 cuando las corrientes de viento fluyen alrededor de un
obstaacuteculo la zona de turbulencias puede extenderse hasta una altura alrededor de 3 veces
superior a la altura del obstaacuteculo La turbulencia es maacutes acusada detraacutes del obstaacuteculo que
delante de eacutel Asiacute pues lo mejor es evitar grandes obstaacuteculos cerca de las turbinas eoacutelicas y
en particular si se encuentran en la parte donde sopla en viento dominante es decir en
frente de la turbina
Figura 13 Vista superior de la corriente de aire alrededor de un obstaacuteculo
54
291 Resguardo tras los obstaacuteculos
Los obstaacuteculos disminuiraacuten la velocidad del viento corriente abajo del obstaacuteculo Esta
disminucioacuten depende de la porosidad del obstaacuteculo es decir de que tanta resistencia posea
el obstaacuteculo al paso del viento (la porosidad se define como el aacuterea libre dividida por el
aacuterea total del objeto de cara al viento) Obviamente un edificio es soacutelido y no tiene
porosidad mientras que un aacuterbol completamente abierto en invierno (sin hojas) puede dejar
pasar a su traveacutes maacutes de la mitad del viento Sin embargo en verano el follaje puede ser
muy denso con lo que puede hacer disminuir la porosidad hasta dejarla en una tercera
parte El efecto de frenado del viento que un obstaacuteculo produce aumenta con la altura y la
longitud del mismo obviamente el efecto seraacute maacutes pronunciado cerca del obstaacuteculo y
cerca del suelo
210 EFECTOS ACELERADORES11
2101 Efecto tuacutenel
Si se toma un camino entre dos edificios altos o en un paso estrecho entre montantildeas se
observaraacute que se da el mismo efecto el aire se comprime en la parte de los edificios o de la
montantildea que estaacute expuesta al viento y su velocidad crece considerablemente entre los
obstaacuteculos del viento
11 Tomado httpwwwwindpowerorgestourspeeduphtm
55
Figura 14 Representacioacuten graacutefica del efecto tuacutenel
Esto es lo que se conoce como efecto tuacutenel (figura 14) Asiacute pues incluso si la velocidad
normal del viento en un terreno abierto puede ser de 6 metros por segundo en un tuacutenel
natural puede faacutecilmente alcanzar los 9 metros por segundo
Situar un aerogenerador en un tuacutenel de este tipo es una forma inteligente de obtener
velocidades del viento superiores a las de las aacutereas colindantes Para obtener un buen efecto
tuacutenel el tuacutenel debe estar suavemente enclavado en el paisaje
En el caso de que las colinas sean muy accidentadas puede haber muchas turbulencias en
esa aacuterea es decir el viento soplaraacute en muchas direcciones diferentes y con cambios muy
raacutepidos Si hay muchas turbulencias la ventaja que supone la mayor velocidad del viento se
veraacute completamente anulada y los cambios en el viento pueden causar dantildeos y desgastes
innecesarios en el aerogenerador
2102 Efecto de la colina
Una forma corriente de emplazar aerogeneradores es situaacutendolos en colinas o estribaciones
dominando el paisaje circundante (figura 15a) En particular siempre supone una ventaja
tener una vista lo maacutes amplia posible en la direccioacuten del viento dominante en el aacuterea
56
Figura 15a Representacioacuten graacutefica del efecto de la colina
En las colinas siempre se aprecian velocidades de viento superiores a las de las aacutereas
circundantes Una vez maacutes esto es debido a que el viento es comprimido en la parte de la
montantildea que da al viento y una vez el aire alcanza la cima de la colina puede volver a
expandirse al descender hacia la zona de bajas presiones por la ladera a sotavento de la
colina
Figura 15b Vista lateral del efecto de la colina
Como se observa en la figura 15b el viento empieza a inclinarse alguacuten tiempo antes de
alcanzar la colina debido a que en realidad la zona de altas presiones se extiende hasta una
distancia considerable enfrente de la colina Tambieacuten el viento se hace muy irregular una
vez pasa a traveacutes del rotor del aerogenerador
57
Al igual que en el efecto tuacutenel si la colina es escarpada o tiene una superficie accidentada
puede haber una cantidad de turbulencias significativa que puede anular la ventaja que
supone tener unas velocidades de viento mayores
CAPIacuteTULO 3
3 ASPECTOS TEOacuteRICOS
31 TECNOLOGIacuteA DE AEROGENERADORES12
311 Eje
3111 Aerogeneradores de eje horizontal
La mayor parte de la tecnologiacutea de aerogeneradores utilizada en la energiacutea eoacutelica son de eje
horizontal o HAWTs (horizontal axis wind turbines) La finalidad del rotor es la de
convertir el movimiento lineal del viento en energiacutea rotacional que pueda ser utilizada para
hacer funcionar el generador El mismo principio baacutesico es el que se utiliza en las modernas
turbinas hidraacuteulicas en las que la corriente de agua es paralela al eje de rotacioacuten de los
alabes de la turbina
3112 Aerogeneradores de eje vertical
Los aerogeneradores de eje vertical o VAWTs son como las norias (maacutequinas para sacar
agua compuesta de un engranaje y un tambor que lleva colgada una serie vasijas) asiacute
algunos tipos de turbinas de eje vertical realmente tambieacuten podriacutean trabajar con un eje
horizontal aunque apenas seriacutean capaces de mejorar la eficiencia de una turbina de tipo
heacutelice La uacutenica turbina de eje vertical que ha sido comercialmente fabricada para diversas
capacidades es la maacutequina Darrieus que debe su nombre al ingeniero franceacutes Georges
Darrieus quien patentoacute el disentildeo en 1931
12 MANATTINI Martiacuten Sistema conversor de energiacutea eoacutelica a 10kW Buenos Aires 2000 Trabajo de grado(Ingeniero Mecaacutenico) Universidad del Rosario Facultad de Ingenieriacutea Mecaacutenica
58
La maacutequina Darrieus se caracteriza por sus palas en forma de C que le hacen asemejarse a
un batidor de huevos Normalmente se construye con dos o tres palas(ver foto 15)
Foto 15 Maacutequina Darrieus
Las principales ventajas teoacutericas de una maacutequina de eje vertical son
1 Puede situar el generador el multiplicador etc en el suelo y puede no tener que
necesitar una torre para la maacutequina
2 No necesita un mecanismo de orientacioacuten para girar el rotor en contra del viento
Las principales desventajas son
1 A pesar que se puede evitar la torre las velocidades de viento seraacuten maacutes bajas en la
parte inferior (sitio del montaje del rotor)
2 La eficiencia promedio de las maacutequinas de eje vertical no es tan alta
3 La maacutequina no es de arranque automaacutetico es decir una maacutequina Darrieus
necesitaraacute un empuje antes de arrancar Sin embargo se puede utilizar el
generador como motor absorbiendo corriente de red para arrancar la maacutequina
4 La maacutequina puede necesitar cables tensores que la sujeten aunque esta solucioacuten no
es practicable en aacutereas muy cultivadas
5 Para sustituir el cojinete principal del rotor se necesita desmontar el rotor (esto es
aplicable tanto en las maacutequinas de eje horizontal como en las de eje vertical) En el
caso de las maacutequinas verticales esto implica que todo el sistema deberaacute ser
desmontado
59
312 Rotor
El rotor de una turbina eoacutelica es la parte esencial para conversioacuten de energiacutea cineacutetica del
aire en energiacutea mecaacutenica rotacional uacutetil en el eje se compone de las aspas y el cubo
(elemento de sujecioacuten de las aspas y conexioacuten del eje del equipo)
3121 Maacutequinas con rotor a barlovento
Las maacutequinas con rotor a barlovento tienen el rotor de cara al viento la gran mayoriacutea de los
aerogeneradores tienen este disentildeo La principal ventaja de los disentildeos corriente arriba es
que se evita el abrigo del viento tras la torre Por otro lado tambieacuten hay algo de abrigo
enfrente de la torre es decir el viento empieza a desviarse de la torre antes de alcanzarla
incluso si la torre es redonda y lisa
Foto 16 Aerogenerador con rotor a barlovento
El principal inconveniente de los disentildeos corriente arriba es que el rotor necesita ser
bastante inflexible y estar situado a una cierta distancia de la torre Ademaacutes una maacutequina
corriente arriba necesita un mecanismo de orientacioacuten para mantener el rotor de cara al
viento
60
3122 Maacutequinas con rotor a sotavento
Foto 17 Aerogenerador con rotor a sotavento
Las maacutequinas con rotor a sotavento tienen el rotor situado en la cara a sotavento de la torre
La ventaja teoacuterica que tienen es que pueden ser construidos sin un mecanismo de
orientacioacuten ya que el rotor y la carcasa tienen un disentildeo apropiado que hace que la carcasa
siga al viento pasivamente
La siguiente tabla relaciona el tamantildeo la potencia nominal del equipo y la velocidad tiacutepica
de rotacioacuten del rotor para una velocidad de viento nominal de 12ms
Tabla 10 Tamantildeo tiacutepico de aerogeneradores y su velocidad de rotacioacuten
Diaacutemetro del
rotor (m)
Potencia nominal a 12
ms del viento
Velocidad de rotacioacuten
tiacutepica (rpm)
10 100W 1000
25 1kW 500
70 8kW 200
175 50kW 80
250 100kW 50
400 260kW 35
Estos valores estaacuten sujetos a variaciones dependiendo de las caracteriacutesticasdel lugar de instalacioacuten del aerogenerador
61
313 Nuacutemero de aspas13
3131 Tripala
La mayoriacutea de aerogeneradores modernos tienen disentildeos tripala con el rotor a barlovento
en la cara de la torre que da al viento usando motores eleacutectricos en sus mecanismos de
orientacioacuten A este disentildeo se le suele llamar el claacutesico concepto daneacutes y tiende a
imponerse como estaacutendar al resto de conceptos evaluados La gran mayoriacutea de las turbinas
vendidas en los mercados mundiales poseen este disentildeo El concepto baacutesico fue introducido
por primera vez por el ceacutelebre aerogenerador de Gedser Otra de las caracteriacutesticas es el uso
de un generador asiacutencrono
Figura 16 Aerogenerador de tres aspas
3132 Bipala (oscilantebasculante)
Los disentildeos bipala de aerogeneradores tienen la ventaja de ahorrar el costo de una aspa y
por su puesto su peso Sin embargo suelen tener dificultades para penetrar en el mercado
en parte porque necesitan una mayor velocidad de giro para producir la misma energiacutea de
salida Esto supone una desventaja tanto en lo que respecta al ruido como al aspecto visual
Aproximadamente desde principios de los antildeos 90 varios fabricantes tradicionales de
maacutequinas bipala han optado por cambiar a disentildeos tripala
13 Tomado httpwwwwindpowerorgestourdesignconceptshtm
62
Figura 17a Aerogenerador de dos aspas
Las maacutequinas bi y monopala requieren de un disentildeo maacutes complejo con un rotor basculante
(buje oscilante) como el que se muestra en la figura 17b es decir el rotor tiene que ser
capaz de inclinarse con el fin de evitar fuertes sacudidas en la turbina cada vez que una de
las aspas pase por la torre Asiacute pues el rotor estaacute montado en el extremo de un eje
perpendicular al eje principal y que gira junto con el eje principal Esta disposicioacuten puede
necesitar de amortiguadores adicionales que eviten que las aspas del rotor choquen contra
la torre
Figura 17b Aerogenerador de dos aspas con rotor basculante
63
3133 Monopala
Los aerogeneradores monopala existen y ahorran el costo de otra aspa sin embargo los
aerogeneradores monopala no estaacuten muy extendidos comercialmente pues los
inconvenientes de los bipala tambieacuten son aplicables e incluso en mayor medida a las
maacutequinas monopala
Figura 18a Aerogenerador de una aspa
Ademaacutes de una mayor velocidad de giro y de los problemas de ruido y de intrusioacuten visual
necesitan un contrapeso en el lado del buje opuesto a la aspa que equilibre el rotor (veacutease
figura 18b) Obviamente esto anula el ahorro de peso comparado con un disentildeo bipala
Figura 18b Disposicioacuten del contrapeso de un aerogenerador monopala
64
314 Generador
Figura 19 Disposicioacuten tiacutepica de elementos de un aerogenerador
El aerogenerador convierte la energiacutea mecaacutenica en energiacutea eleacutectrica Los aerogeneradores
son algo inusuales si se les compara con los otros equipos generadores que suelen
encontrarse conectados a la red eleacutectrica
Una de las razones es que el generador debe trabajar con una fuente de potencia el rotor de
la turbina eoacutelica que suministra una potencia mecaacutenica muy variable (momento torsor)
3141 Generadores de corriente continua
El dinamo es una maquina eleacutectrica sencilla que se viene utilizando desde hace mucho
tiempo y que no presenta demasiadas complicaciones Su mayor inconveniente tal vez es
que utiliza escobillas en el colector lo que exige un mantenimiento superior al de los
alternadores
En los dinamos el inducido es el rotor la corriente generada en las bobinas inducidas es
alterna pero la salida se obtiene mediante dos semianillos en un giro por dos escobillas
colectoras que con el tiempo se desgastan Las bobinas inductoras se encuentran en el
estator y son alimentadas en serie o en paralelo por la corriente generada por la propia
maquina El arranque se realiza utilizando el magnetismo remanente en los polos inducidos
65
3142 Generadores de excitacioacuten o sincronos
Los generadores sincronos son alternadores claacutesicos que reciben la corriente de excitacioacuten
en forma de corriente continua bien sea desde una fuente exterior o desde otro alternador
auxiliar con rectificador incorporado Estos alternadores presentan ventajas sobre los
dinamos debido a que proporcionan mayor potencia con el mismo peso y a que trabajan a
un margen de revoluciones maacutes amplio Otra ventaja importante es que reciben la corriente
inductora en el motor a traveacutes de dos anillos completos por los que se deslizan las
escobillas y por los que pasan solo bajas intensidades resultando maacutes robustos que los
dinamos y con menos requisitos de mantenimiento Finalmente los alternadores sincronos
funcionan siempre de forma muy regular y pueden trabajar tanto en paralelo con la red
como alimentando sistemas eoacutelicos autoacutenomos
3143 Generadores de induccioacuten o asiacutencronos
Los generadores de induccioacuten reciben la corriente de excitacioacuten de una fuente exterior que
puede ser la red o alguacuten generador auxiliar pero en cualquier caso se trata de una corriente
alterna que crea un campo magneacutetico alterno de la misma frecuencia en el inductor
Los sistemas de control de los generadores de induccioacuten tienen la ventaja de que utilizan u
rotor jaula de ardilla el cual no necesita ni anillos ni escobillas Sin embargo el hecho de
depender de la red limita su aplicacioacuten y hay que prever los efectos de posibles fallos en la
alimentacioacuten o sobretensiones que ocurren con relativa frecuencia en las redes rurales
3144 Voltaje generado (tensioacuten)
Los generadores anteriormente mencionados pueden producir corriente alterna o corriente
directa Los equipos eoacutelicos de generacioacuten producen electricidad a una variedad de voltajes
desde 12 a 24VDC para carga de bateriacuteas o desde 120 a 240VCA para interconexioacuten con
la red eleacutectrica aunque se pueden conseguir otros voltajes seguacuten necesidad
En grandes aerogeneradores (alrededor de 100-150kW) el voltaje generado por la turbina
suele ser de 690V de corriente alterna trifaacutesica CA Posteriormente la corriente es enviada
a traveacutes de un transformador anexo a la turbina (o dentro de la torre) para aumentar su
voltaje entre 10000 y 30000V dependiendo del estaacutendar de la red eleacutectrica local
66
3145 Sistema de refrigeracioacuten
Todos los tipos de generadores necesitan refrigeracioacuten durante su funcionamiento En la
mayoriacutea de turbinas la refrigeracioacuten se lleva a cabo mediante encapsulamiento del
generador en un conducto utilizando un gran ventilador para la refrigeracioacuten por aire
aunque algunos fabricantes usan generadores refrigerados por agua Los generadores
refrigerados por agua pueden ser construidos de forma maacutes compacta lo que tambieacuten les
proporciona algunas ventajas en cuanto a rendimiento eleacutectrico se refiere aunque precisan
de un radiador en la carcasa para eliminar el calor del sistema de refrigeracioacuten por liacutequido
3146 Opciones de disentildeo en generadores y conexioacuten a red
Las turbinas eleacutectricas pueden ser disentildeadas tanto con generadores siacutencronos como
asiacutencronos y con varias formas de conexioacuten directa o conexioacuten indirecta a red del
generador
La conexioacuten directa a red significa que el generador estaacute conectado directamente a la red
de corriente alterna (generalmente trifaacutesica) La conexioacuten indirecta a red significa que la
corriente que viene de la turbina pasa a traveacutes de una serie de dispositivos eleacutectricos que
ajustan la corriente para igualarla a la de la red En generadores asiacutencronos esto ocurre de
forma automaacutetica
315 Sistema de transmisioacuten14
Este sistema convierte la energiacutea rotacional suministrada por la turbina a traveacutes de su eje
en movimiento para alimentacioacuten del generador eleacutectrico En sistemas pequentildeos (menos de
10kW de potencia eleacutectrica nominal) se utiliza comuacutenmente generadores de imanes
permanentes especialmente disentildeados para ser aclopados a turbinas eoacutelicas y por tanto no
se utiliza una caja de aumento de velocidad de rotacioacuten realizaacutendose una conexioacuten directa
entre el rotor y el generador teniendo en cuenta que la turbina eoacutelica gira entre 30 y 100
rpm dependiendo su diaacutemetro
14 PINILLA S Aacutelvaro Manual de aplicacioacuten de la energiacutea eoacutelica Bogotaacute DC INEA 1997 p43
67
3151 Sistema de transmisioacuten sin engranajes
Se usan generadores multipolos de baja velocidad de grandes dimensiones que implica
cierta desventaja en el transporte especialmente en la magnitud de los MW de otro lado el
nuacutemero de partes de maquinaria se reduce considerablemente (caja de engranajes
elementos de acople pocos elementos rotacionales) ademaacutes el disentildeo de la carcasa se
simplifica se usa en combinacioacuten de un control por peacuterdidas aerodinaacutemicas y un sistema de
orientacioacuten eleacutectrico de la turbina se evita asiacute mismo cualquier lubricacioacuten esta es una
ventaja de mantenimiento y operacioacuten Los costos son mayores con respecto a la
transmisioacuten con engranajes Su aplicacioacuten es muy limitada debido a la dificultad en el
transporte como consecuencia de su gran tamantildeo y tambieacuten por su alto costo
3152 Sistema de transmisioacuten con engranajes
Es la forma tradicional de disentildear una turbina esta es la unioacuten entre el rotor y el generador
por medio de una transmisioacuten de engranajes y acoples Su costo es menor presenta una
carcasa maacutes compacta lo cual es posible con la integracioacuten de muchos componentes dentro
de la caja de engranajes correctamente disentildeado es capaz de tener una vida uacutetil de 20 antildeos
aproximadamente y el cambio de aceite lubricante puede ser hecho pocas veces La gran
mayoriacutea de fabricantes de aerogeneradores en todo el mundo utiliza este sistema ya que su
tamantildeo se reduce considerablemente asiacute como su costo
316 Torres
La torre del aerogenerador soporta la carcasa y el rotor En los grandes aerogeneradores las
torres tubulares pueden ser de acero de celosiacutea o de hormigoacuten
Las torres tubulares tensadas con cables de acero solo se utilizan en aerogeneradores de
baja potencia (cargadores de bateriacuteas etc)
68
3161 Torres tubulares de acero
La mayoriacutea de los grandes aerogeneradores actualmente se instalan con torres tubulares de
acero como las de la foto 18 fabricadas en secciones de 20-30metros con bridas en cada
uno de los extremos y son unidas con pernos Las torres son tronco-coacutenicas es decir con
un diaacutemetro creciente hacia la base con el fin de aumentar su resistencia y al mismo tiempo
ahorrar material
Foto 18 Torres tubulares de acero
3162 Torres de celosiacutea
Las torres de celosiacutea son fabricadas utilizando perfiles de acero soldados La ventaja baacutesica
de las torres de celosiacutea es su costo puesto que una torre de celosiacutea requiere soacutelo la mitad de
material que una torre tubular sin sustentacioacuten adicional con la misma rigidez La principal
desventaja de este tipo de torres es su apariencia visual En cualquier caso por razones
esteacuteticas las torres de celosiacutea han desaparecido praacutecticamente en los grandes
aerogeneradores modernos
69
Foto 19 Aerogenerador con torre de celosiacutea
3163 Torres de maacutestil tensadas con cables de acero
Muchos de los aerogeneradores pequentildeos estaacuten construidos con delgadas torres de maacutestil
sostenidas por cables tensores La ventaja es el ahorro de peso y por lo tanto de costo La
desventaja es el difiacutecil acceso a las zonas alrededor de la torre
Finalmente este tipo de torres es maacutes propensa a sufrir actos vandaacutelicos lo que
compromete la seguridad del conjunto
Foto 20 Aerogenerador con torre de maacutestil tensado
70
317 Sistema eleacutectrico15
La conversioacuten de energiacutea de muchas turbinas modernas puede ser dividida en 3 conceptos
principales maacutequinas con velocidad constante maacutequinas con 1 o 2 velocidades y maacutequinas
de velocidad variable Los 3 principales componentes para conversioacuten de energiacutea en
turbinas eoacutelicas son rotor caja de engranajes y generador
En las maacutequinas de velocidad constante el generador es directamente conectado a la red
principal (esta red es la del sistema de transmisioacuten) La frecuencia de la red determina la
velocidad rotacional del generador y asiacute la del rotor
La baja velocidad rotacional del rotor de la turbina (Vrotor) es trasladada a la velocidad
rotacional del generador con la relacioacuten de transmisioacuten (r) de la caja de engranajes La
velocidad de generador depende del nuacutemero de polos (p) y la frecuencia de la red (Fred)
rVV generadorrotor ==== pFV redgenerador ==== prFV redrotor ====
Las ventajas maacutes grandes de las turbinas eoacutelicas con generadores asiacutencronos son
1 La simple y econoacutemica construccioacuten
2 No existen mecanismos de sincronizacioacuten
Como desventajas se tiene
1 Las altas corrientes de arranque
2 Su demanda por potencia reactiva
En maacutequinas de velocidad variable el generador es conectado a la red por un sistema
inversor electroacutenico o el embobinado de excitacioacuten del generador es movido por una
frecuencia externa de un inversor
15 URIBE C Juan P Estudio sobre la viabilidad teacutecnica y econoacutemica del uso de sistemas hiacutebridos para lageneracioacuten de energiacutea eleacutectrica Bogotaacute DC 1996 Trabajo de grado (Ingeniero Eleacutectrico) Universidad delos Andes Facultad de Ingenieriacutea Eleacutectrica
71
En el primer caso se habla de sistemas generadores con corriente directa asociada al
inversor y en el segundo caso se habla de sistemas del generador asincroacutenico doble
La idea baacutesica de la turbina de velocidad variable es la posibilidad de separacioacuten de la
velocidad rotacional del generador y asiacute del rotor de la frecuencia de la red El rotor puede
operar con velocidad variable ajustado a la velocidad del viento actual de la situacioacuten
Las principales ventajas son
1 Reduccioacuten de la potencia
2 Reduccioacuten de las fluctuaciones de carga mecaacutenicas cambiando la energiacutea eoacutelica en
energiacutea rotacional del rotor de la turbina
3 Mejor ajuste de la velocidad del rotor para operar con un coeficiente de potencia
maacuteximo
3171 Conexioacuten a la red de las turbinas
La conexioacuten de las turbinas a los sistemas suplementarios es posible a
1 Sistemas de bajo voltaje para turbinas pequentildeas a medianas hasta 300kW
2 Sistemas de voltaje medio para turbinas medianas a grandes y pequentildeas a medianas
granjas eoacutelicas hasta 10 a 15MW
3 Sistemas de voltaje alto grandes granjas eoacutelicas
Muchas de las turbinas son conectadas al sistema de voltaje medio debido a las altas
peacuterdidas en los voltajes de liacutenea bajos
Cada una de la turbinas en las granjas eoacutelicas tienen un propio transformador del nivel de
voltaje medio Para granjas eoacutelicas grandes se requiere una subestacioacuten separada por la
transformacioacuten del sistema de voltaje medio al sistema de voltaje alto requerido
72
32 EXTRACCIOacuteN DE POTENCIA16
Los aerogeneradores usan la energiacutea eoacutelica del flujo de viento Sus rotores reducen la
velocidad del viento V1 a una velocidad V2 detraacutes del rotor (ver figura 20)
Figura 20 Caracterizacioacuten del viento para la extraccioacuten de potencia en un aerogenerador
Para evaluar la energiacutea contenida por el viento se deben hacer las siguientes
consideraciones
El viento en el momento de pasar a traveacutes del rotor del aerogenerador lleva una energiacutea
que es igual a
]Julios[vm50E2
VVv ==== (1)
Donde
Ev Energiacutea cineacutetica [J]
vV Velocidad del viento [ms]
mV Masa del viento [kg]
16 RESTREPO V Aacutelvaro H Aerogeneracioacuten experimental de baja potencia Bogotaacute DC 1998 Trabajo demagiacutester (Ingeniero Mecaacutenico) Universidad de los Andes Facultad de Ingenieriacutea Mecaacutenica
73
Como el viento que pasa a traveacutes del rotor no se acumula la cantidad de masa de viento
por unidad de tiempo que esta antes del rotor es la misma despueacutes de haber pasado por el
Es decir
]skg[vAm vrvv ρρρρ==== (2)
Donde
mv Flujo maacutesico del viento [kgs]
ρρρρv Densidad del viento [kgm3] (aprox 12kgm3)
Ar Aacuterea barrida por el rotor [m2]
vv Velocidad del viento [ms]
La potencia que tiene el viento dividiendo por la unidad de tiempo la ecuacioacuten (1) es
]vatios[vm50P 2vvv ==== (3)
Si se reemplaza la ecuacioacuten (2) en la ecuacioacuten (3) se obtiene la potencia eoacutelica medida en
vatios la cual es directamente proporcional al cubo de su velocidad
]vatios[vA50P 3vrvv ρρρρ==== (4)
En donde
Pv Potencia del viento en vatios [W]
Sin embargo no toda la potencia del viento puede ser convertida a energiacutea mecaacutenica del
rotor si toda la potencia se aprovechara la velocidad del viento detraacutes del rotor seria igual
a cero Como esto no sucede existe un liacutemite para la extraccioacuten de dicha potencia
denominado el liacutemite de Betz
74
321 Potencia maacutexima uacutetil extraiacuteda al viento
El porcentaje maacuteximo teoacuterico que se puede obtener de la potencia del viento teniendo en
cuenta el liacutemite de Betz es entonces
]vatios)[vA50(5930P 3vrvUV ρρρρ==== (5)
Donde
PUV Potencia maacutexima uacutetil extraiacuteda del viento [W]
0593 Liacutemite de Betz (Coeficiente de desarrollo)
El coeficiente de desarrollo [Cp] en condiciones ideales es 1627 = 0593 el cual se va
explicar seguidamente de acuerdo con la ley de Betz
3211 La ley de Betz
La ley de Betz fue formulada por primera vez por el fiacutesico alemaacuten Albert Betz en 1919 y
dice que ldquosoacutelo puede convertirse menos de 1627 (el 59) de la energiacutea cineacutetica en
energiacutea mecaacutenica usando un aerogeneradorrdquo
3212 Demostracioacuten de la ley de Betz17
Se considera cosa bastante razonable que la velocidad promedio del viento a traveacutes del
aacuterea del rotor es el promedio de la velocidad del viento sin perturbar antes de la turbina
eoacutelica v1 y la velocidad del viento despueacutes de su paso por el plano del rotor v2 (veacutease
figura 20) esto es
(((( )))) 22v1v ++++ (6)
La masa de la corriente de aire a traveacutes del rotor durante un segundo es
2)2v1v(Am rv ++++==== ρρρρ (7)
75
Donde
m Masa por segundo
ρρρρv Densidad del aire
Ar Aacuterea barrida por el rotor
[(v1+v2)2] Velocidad del viento promedio a traveacutes del aacuterea del rotor
La potencia del viento extraiacuteda por el rotor es igual a la masa por la diferencia de los
cuadrados de la velocidad del viento (de acuerdo con la segunda ley de Newton)
)2v1v(m)21(P 22 minusminusminusminus==== (8)
Sustituyendo en esta expresioacuten la m de la ecuacioacuten (9) se obtiene la siguiente expresioacuten
para la potencia extraiacuteda del viento
r22 A)2v1v()2v1v()4(P ++++minusminusminusminus==== ρρρρ (9)
Ahora este resultado se compara con la potencia total de una corriente de viento no
perturbada a traveacutes de exactamente la misma aacuterea sin ninguacuten rotor que bloquee el viento
Llamando a esta potencia P0
r3 A1v)2(Po ρρρρ==== (10)
La relacioacuten entre la potencia que extraemos del viento y la potencia del viento sin perturbar
es
))1v2v(1()1v2v(1()21()PoP( 2 ++++minusminusminusminus==== (11)
17 Tomado http wwwwindpowerorgesstatbetzprohtm
76
Asiacute se puede dibujar PP0 en funcioacuten de v2v1
Figura 21 Potencia maacutexima extraiacuteda del viento
Se puede ver que la funcioacuten alcanza su maacuteximo para v2v1 = 13 (0333) y que el valor
maacuteximo de la potencia extraiacuteda del viento es de 059 veces oacute 1627 de la potencia total del
viento
CAPIacuteTULO 4
4 ANAacuteLISIS TEacuteCNICO
41 DETERMINACIOacuteN DEL SITIO
Para desarrollar la presente aplicacioacuten teacutecnica de la energiacutea eoacutelica fue seleccionado como
sitio la vereda Tibista zona rural de Saboyaacute municipio del departamento de Boyacaacute El
sitio fue seleccionado gracias a las caracteriacutesticas topograacuteficas de esta zona debido a que la
vegetacioacuten es fundamentalmente hierba con pocos aacuterboles pequentildeos (ya que este es un
factor muy importante que se tuvo en cuenta) Este lugar esta a una altura de 2800 msnm
411 Saboyaacute (Boyacaacute)
Su cabecera estaacute localizada a los 5deg42rsquo03rdquo de latitud norte y 73deg46rsquo08rdquo de longitud oeste
con una temperatura media de 14degC a 2600msnm localizado a una distancia de 85km de
Tunja El aacuterea municipal es de 251km2 y limita por el norte con el departamento de
Santander por el este con los municipios de Santa Sofiacutea y Sutamarchan por el sur con
Chiquinquiraacute y por el oeste con Bricentildeo y Chiquinquiraacute Su territorio es montantildeoso y
corresponde a la cordillera oriental su principal afluente es el riacuteo Suaacuterez
Seguacuten censo de 1993 la poblacioacuten de la cabecera municipal era de 671 habitantes y el
sector rural teniacutea 12177 habitantes las actividades econoacutemicas de mayor importancia son
la agricultura (maiacutez papa plaacutetano y cafeacute) la ganaderiacutea y el comercio
78
Figura 22 Ubicacioacuten del municipio de Saboyaacute (Boyacaacute)
412 Vereda Tibista
Esta vereda se encuentra localizada a 2800 msnm a una distancia de 5km de la cabecera
municipal de Saboyaacute seguacuten censo realizado por la subdireccioacuten de geografiacutea del Instituto
Geograacutefico Agustiacuten Codazzi en su esquema de ordenamiento territorial municipal 2001 ndash
2009 para Saboyaacute la poblacioacuten para esta vereda era de 1600 habitantes su vegetacioacuten
predominante es el curubo el maiacutez y pasto para ganaderiacutea Para la ubicacioacuten geograacutefica de
esta vereda ver anexo 1
42 METODOLOGIacuteA GENERAL PARA LA REALIZACIOacuteN DEL PROYECTO
La metodologiacutea que se describe a continuacioacuten seraacute la utilizada para realizar una apropiada
evaluacioacuten del recurso eoacutelico en la vereda Tibista y posterior anaacutelisis de ingenieriacutea para el
montaje del sistema conversor de energiacutea eoacutelica
1 Estudio del potencial eoacutelico para la zona haciendo un anaacutelisis del reacutegimen de vientos
2 Modelamiento matemaacutetico para calcular la entrega de energiacutea eoacutelica
79
3 Estimacioacuten del consumo de energiacutea eleacutectrica para una vivienda rural incluyendo la
bomba centriacutefuga para el suministro de agua y equipos utilizados en el aacuterea agriacutecola
4 Anaacutelisis para el desempentildeo del aerogenerador
5 Caacutelculo del banco de bateriacuteas
6 Caacutelculo del inversor
7 Caacutelculo del regulador
8 Montaje final del sistema conversor de energiacutea eoacutelica
421 Estudio del potencial eoacutelico
Se contoacute con datos confiables de medicioacuten de velocidad de viento tomados a 10m de altura
con respecto a la superficie suministrados por la CAR (Corporacioacuten Autoacutenoma Regional
de Cundinamarca) gracias a una estacioacuten metereoloacutegica que esta entidad teniacutea ubicada en
la vereda Tibista zona rural de Saboyaacute llamada ldquoALTO SABOYAacuterdquo Con la informacioacuten
recopilada se obtiene un promedio del reacutegimen de vientos anual mensual diario y horario
ademaacutes un estudio de frecuencia por horas Todo esto para hallar la funcioacuten de densidad de
probabilidad de Weibull que caracteriza el comportamiento del viento a nivel general para
hallar el factor de forma K que se explicaraacute en el numeral 422
4211 Estacioacuten ldquoAlto Saboyaacuterdquo
En la tabla 11 se muestran los datos de la estacioacuten metereoloacutegica utilizada por la CAR
para el estudio de reacutegimen de vientos y en el anexo 2 se puede observar la ubicacioacuten
geograacutefica de dicha estacioacuten
Tabla 11 Datos geograacuteficos de la estacioacuten metereoloacutegica
ESTACIOacuteN 2401520 ALTO SABOYAacute
Entidad CAR Zona norte
Latitud 0543N Departamento Boyacaacute
Longitud 7349W Municipio Saboyaacute
Elevacioacuten 2800 msnm Cuenca Riacuteo Suaacuterez
80
4212 Anaacutelisis del reacutegimen de vientos
La informacioacuten del reacutegimen de vientos se puede ilustrar en la tabla 12 la cual nos indica el
promedio diario y mensual durante 1997 En el anexo 3 se pueden observar los regiacutemenes
de vientos de la estacioacuten ldquoALTO SABOYAacuterdquo de antildeos anteriores a 1997 con el fin de
justificar que el potencial eoacutelico para la zona no ha cambiado intensamente en el tiempo
Tabla 12 Direccioacuten predominante y velocidad media diaria del viento en ms para la
estacioacuten ldquoALTO SABOYAacuterdquo
DIA ENERO FEBRERO MARZO ABRIL MAYO JUNIO JULIO AGOSTO SEPTIEM OCTUBRE NOVIEM DICIEM
1 SW 26 E 98 SW 26 NE 71 NE 75 NE 81 E 29 E 85 NW 212 E 52 NE 59 SW 27 NE 72 E 67 NE 60 E 55 E 64 NE 303 NE 83 E 58 NE 63 E 45 N 45 NE 50 E 92 E 65 NE 314 NW 27 E 66 E 62 N 59 E 33 N 49 N 21 E 78 E 58 NE 795 NW 25 W 36 NE 57 E 65 NE 28 N 41 E 56 E 84 E 58 NE 1006 E 39 NW 25 NE 28 E 65 NE 55 NE 63 N 85 NE 81 E 57 NE 957 NE 51 W 29 E 40 E 60 NW 22 NE 73 NE 147 NE 97 NE 32 NE 878 E 50 NE 30 E 38 E 94 W 26 N 54 E 118 E 115 NE 52 N 629 NE 25 NE 39 NE 26 E 35 E 86 E 39 NE 63 NE 99 E 50 NW 2510 NE 21 NE 34 E 47 E 46 E 70 E 84 NE 58 E 65 E 59 E 5411 SW 22 NE 76 E 47 E 35 NE 50 NE 63 N 27 E 55 NE 3112 W 31 E 91 E 69 E 52 NE 54 E 91 E 58 SE 31 NE 3613 NW 31 E 103 E 87 E 62 NE 83 N 60 NE 75 NE 74 SW 2514 NW 23 E 114 E 57 E 62 NE 65 N 67 N 50 NE 74 SW 32 SW 4515 SW 35 E 90 E 42 E 50 NE 42 N 50 N 48 NE 124 SW 24 W 2316 W 26 NE 42 NE 43 E 88 E 92 NE 39 NE 66 N 54 NE 117 SW 28 NE 2917 NW 24 NE 72 NE 32 E 83 E 76 NE 74 NE 79 N 66 NE 88 W 35 NE 3218 W 30 E 72 E 61 E 100 NE 44 NE 107 NE 65 E 68 NW 32 NE 4019 SW 26 NW 24 NE 75 NE 57 NE 88 N 65 NE 39 NE 18 E 3720 SW 23 E 57 W 56 N 57 NE 60 NE 81 NE 83 NE 46 NE 34 E 4121 E 32 W 54 N 47 NE 26 NE 67 N 61 NE 29 NE 32 NE 5422 SW 26 W 51 E 76 NE 40 N 59 N 61 E 43 N 43 E 8423 W 31 E 58 W 47 NE 88 NE 107 NE 64 E 35 E 37 E 8324 E 30 E 70 SW 31 W 20 NE 44 NE 157 E 59 E 61 NE 82 NE 3125 E 29 E 67 SW 32 NW 23 NE 37 NE 151 E 100 E 73 N 55 W 2726 W 29 E 69 SW 41 NE 28 NE 44 NE 146 E 121 NE 82 N 28 SW 3627 W 30 E 91 W 52 E 27 E 32 NE 122 NE 133 NE 94 N 42 W 3728 SW 34 E 98 W 45 W 34 NE 95 NE 99 N 28 NE 3129 W 34 S 37 E 51 NE 88 E 74 E 110 NE 29 E 6130 W 38 S 33 NE 89 NE 54 N 26 NE 50 NE 45 E 4731 SW 26 S 37 NE 49 E 50 E 74
MEDIA SW 29 E 55 E 54 E 48 E 67 NE 50 NE 80 NE 75 NE 68 NE 50 E 48 NE 54
MEDIA NE 57
81
Con los datos descritos en la tabla 12 se procede a determinar las variaciones de la
velocidad de viento en diferentes lapsos de tiempo durante el antildeo Estos resultados se
lograron gracias a la aplicacioacuten del programa HOMERPRO (The Hybrid Optimization
Model for Electric Renewables) del NREL (National Energy Research Laboratory)18 Asiacute
NREL es un instituto del Departamento de Energiacutea de los Estados Unidos ubicado en
Colorado (California) El instituto es un centro principal para la investigacioacuten en las ceacutelulas
de combustible en la energiacutea solar en la energiacutea eoacutelica en la de las plantas Ademaacutes de los
edificios inteligentes disentildeo de vehiacuteculos avanzados en la energiacutea geoteacutermica y del
hidroacutegeno
Figura 23 Velocidad anual del viento en la vereda Tibista (ms)
18 Tomado httpwwwnrelgovhomerpro
82
Figura 24 Velocidad mensual del viento en la vereda Tibista (ms)
Figura 25 Velocidad diaria del viento en la vereda Tibista (ms)
83
Figura 26 Velocidad horaria del viento en la vereda Tibista (ms)
Analizando los datos recopilados se pudo obtener una informacioacuten de una velocidad media
anual de 57ms velocidad adecuada para llevar a cabo el proyecto de aprovechamiento
energeacutetico como se indica en la tabla 13 el montaje de un aerogenerador es viable para
este rango de velocidad
84
Tabla 13 Relaciones generales entre viabilidad y velocidad de viento para su uso como
fuente de energiacutea19
Promedio anual de velocidad de
viento a 10m de altura
Posibilidad de uso de la energiacutea eoacutelica
Menor a 3ms Usualmente no es viable a menos que existan
circunstancias especiales como las variaciones
estacioacutenales
3 ndash 4ms Puede ser una buena opcioacuten para equipos eoacutelicos de
bombeo de agua (aerobombeo) poco viable para
generacioacuten eleacutectrica con equipos eoacutelicos
(aerogeneracioacuten)
4 ndash 5ms Aerobombas son competitivas econoacutemicamente a
los equipos diesel aerogeneracioacuten con equipos
autoacutenomos es viable
Maacutes de 5ms Viable para aerobombeo y aerogeneracioacuten con
sistemas autoacutenomos
Maacutes de 6ms Viable para aerobombeo aerogeneracioacuten con
sistemas autoacutenomos y para sistemas conectados a la
red eleacutectrica
422 Modelamiento matemaacutetico para calcular la entrega de energiacutea eoacutelica20
Este anaacutelisis matemaacutetico combina el comportamiento de sistemas de conversioacuten de energiacutea
eoacutelica con las condiciones de viento como frecuencia de distribucioacuten del mismo Este
anaacutelisis permite hacer una estimacioacuten vaacutelida y bastante cercana de la produccioacuten neta de un
sistema eoacutelico cuando dicho sistema es localizado en un reacutegimen de vientos especiacutefico
Para este caso la vereda Tibista zona rural del municipio de Saboyaacute (Boyacaacute)
19 PINILLA S Aacutelvaro Manual de aplicacioacuten de la energiacutea eoacutelica Bogotaacute DC INEA 1997 p29
20 Ibid p71
85
Los registros continuos de la velocidad del viento se traducen en una curva de frecuencia de
velocidades que en realidad corresponden a un histograma de velocidades Esta curva se
hace para el antildeo completo permitiendo conocer asiacute los rangos de velocidad y el porcentaje
del tiempo total a que corresponde cada una Al agrupar los datos mensualmente se
determinar las variaciones estacioacutenales y finalmente el comportamiento del viento a largo
del antildeo La curva de frecuencia de velocidades permite conocer la cantidad de horas en la
que una velocidad dada aparece en un sitio y se le puede dar la forma de frecuencia de
energiacutea por unidad de aacuterea obteniendo la velocidad de viento de maacutexima energiacutea
De los anaacutelisis estadiacutesticos de la distribucioacuten de velocidades del viento se ha observado un
patroacuten tiacutepico al que es posible aplicarle una funcioacuten matemaacutetica La funcioacuten de distribucioacuten
de WEIBULL modela con relativa exactitud el comportamiento del viento la ecuacioacuten de
Weibull estaacute definida por
)xG(1K KexGk)x(f minusminus= (1)
Donde k es el factor de forma de Weibull que en este caso tiene un valor de 201 ( hallado
gracias al programa HOMERPRO descrito anteriormente) y χ es la variacioacuten de la
velocidad desde 0 a 30ms y G se puede calcular como
k0434O568G += (2)
01243405680G +=
78390G ====
86
Reemplazando los datos anteriormente obtenidos en la ecuacioacuten (1) se obtiene la funcioacuten de
probabilidad Posteriormente tomando valores de 0 a 30ms se encuentra la curva de
frecuencia de velocidades para la vereda Tibista (ver figura 27)
)x78390(1012 012ex78390012)x(f minusminusminusminusminusminusminusminus====
Figura 27 Probabilidad de Weibull para la vereda Tibista
423 Estimacioacuten del consumo tiacutepico para vivienda rural
En la tabla 14 se presenta la estimacioacuten del consumo de energiacutea eleacutectrica de algunos
electrodomeacutesticos que son utilizados comuacutenmente en una vivienda de este tipo incluyendo
algunos equipos agriacutecolas Se toma un estimativo de seis habitantes para dicha vivienda
87
Tabla 14 Consumo tiacutepico de energiacutea eleacutectrica en la zona de estudio
EQUIPO Cantidad Potencia (W)
Potencia Pico(W)
HorasUso
kWhDiacutea
kWhMes
Bombilla ahorradora 8 20 160 800 128 384
Equipo de sonido 1 80 80 500 04 120
Televisor 1 150 150 500 075 225
Licuadora 1 350 350 025 00875 26
Plancha 1 1000 1000 075 075 225
Nevera 1 250 250 1200 30 900
Cerca eleacutectrica 50km 10 10 24 024 72
Bomba centrifuga 1 560 560 075 042 504
TOTAL 2560 693 20024
Total kWhdiacutea = 693
Total kWhmes = 20024
Total kWhantildeo = 240288
4231 Caacutelculo de la bomba eleacutectrica
Ademaacutes de la demanda de energiacutea eleacutectrica a utilizar se hace un caacutelculo del consumo de
agua para las necesidades baacutesicas de los habitantes antes mencionados
bull Consumo por persona 55Litros por diacutea (lpd)
bull Consumo total 55lpd 6 = 330 lpd
bull Tanque de reserva 1 de1000litros
Para la escogencia de la bomba a utilizar se tiene en cuenta la altura de descarga que son
35m (veacutease figura 28) se observa que la bomba numero1 nos entrega alrededor de 225
litros por minuto (lpm) y la bomba nuacutemero 2 nos entrega 40 lpm para llenar el tanque las
bombas durariacutean en funcionamiento 45 y 25 minutos respectivamente Los 1000 litros
alcanzariacutean para 2 diacuteas y medio de consumo logrando con ello que solo se pusiera en
funcionamiento la bomba uacutenicamente durante 12 diacuteas del mes
88
Se escogioacute la bomba de frac34 hp ya que vamos a tener un consumo en el mes menor que con
la bomba de 1hp a pesar de que el tiempo de llenado es menor con esta uacuteltima Esta bomba
va a trabajar con un motor de corriente continua y se conecta directamente al banco de
bateriacuteas Este tipo de bomba centriacutefuga tiene caracteriacutesticas tales como el suministro de
agua a grandes alturas extraccioacuten de agua de pozos llanos y profundos y uso domeacutestico
Figura 28 Curva de rendimiento de bombas centrifugas
Tabla 15 Bomba Centriacutefuga
Marca Barnes Potencia (HP) frac34 Diaacutemetro de succioacuten (rdquo) 114
Ref Liacutenea jet 77 Temperatura maacutexima
de operacioacuten (degC)
70 Diaacutemetro de descarga (rdquo) 1
89
424 Anaacutelisis para el desempentildeo del aerogenerador
Teniendo el reacutegimen de vientos para la zona de estudio aplicando la curva de frecuencia de
velocidades (ver figura 27) y el consumo tiacutepico de la vivienda rural (ver tabla 14) se
procede a buscar el aerogenerador que trabaje oacuteptimamente con las caracteriacutesticas del
reacutegimen de vientos y que cumpla con la demanda de energiacutea eleacutectrica Ademaacutes se utilizara
la curva tiacutepica de potencia de cada aerogenerador que es suministrada por los fabricantes
Se hallaraacuten los kWhmes suministrados por aerogeneradores tiacutepicos de 1kW 15kW y
3kW para las condiciones anteriormente expuestas con el fin de hacer un comparativo
para seleccionar el aerogenerador que maacutes se adapte a las condiciones tanto teacutecnicas como
econoacutemicas de este proyecto
4241 Aerogenerador de 1kW
0
200
400
600
800
1000
1200
2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20
Velocidad del viento (ms)
Figura 29 Curva tiacutepica de potencia de un aerogenerador de 1kW
90
Tabla 16 Desempentildeo del aerogenerador de 1kW para la vereda Tibista
Velocidad del viento (ms)1
Potencia(W)2
Probabibilidadde viento ()3
Producto de potencia porprobabilidad de viento (W)4
1 0 476 0002 0 885 0003 0 1175 0004 35 1320 4625 76 1325 10076 138 1216 16787 276 1034 28538 401 819 32849 750 609 4567
10 900 426 383411 980 281 275412 1000 175 175013 1000 103 103014 1000 057 57015 674 030 20216 900 015 13517 850 007 06118 800 003 02419 750 001 01020 700 001 007
TOTAL 9958 24228
1 Rango de velocidades de viento de 0 a 20ms 2 Potencia eleacutectrica tiacutepica del aerogenerador para cada velocidad 3 Reacutegimen de vientos especifico para la vereda Tibista (veacutease figura 27) 4 Potencia eleacutectrica que suministra el aerogenerador para la vereda Tibista
Promedio de potencia de salida = 24228W
Energiacutea de salida mensualmente = 255kWhmes
Energiacutea de salida anualmente = 3066kWhantildeo
Energiacutea de salida diariamente = 84kWhdiacutea
91
4242 Aerogenerador de 15kW
0
500
1000
1500
2000
2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20
Velocidad del viento (ms)
Figura 30 Curva de potencia tiacutepica de un aerogenerador de 15kW
Tabla 17 Desempentildeo del aerogenerador de 15kW para la vereda Tibista
Velocidad delviento (ms)
Potencia(W)
Probabibilidadde viento ()
Producto de potencia porprobabilidad de viento (W)
1 0 476 0002 0 885 0003 180 1175 21154 300 1320 39605 410 1325 54326 600 1216 72967 800 1034 82728 1000 819 81909 1100 609 6699
10 1250 426 532511 1400 281 393412 1550 175 271213 1650 103 170014 1780 057 101515 1600 030 48016 1500 015 22517 1520 007 10618 1550 003 04619 1600 001 01620 1620 001 016
TOTAL 9958 57539
92
Promedio de potencia de salida = 57539W
Energiacutea de salida mensualmente = 38325kWhmes
Energiacutea de salida anualmente = 4599kWhantildeo
Energiacutea de salida diariamente = 1277kWhdiacutea
4243 Aerogenerador de 3kW
0500
1000150020002500300035004000
2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20
Velocidad del viento (ms)
Figura 31 Curva de potencia tiacutepica de un aerogenerador de 3kW
93
Tabla 18 Desempentildeo del aerogenerador de 3kW para la vereda Tibista
Velocidad del viento (ms)
Potencia(W)
Probabibilidadde viento ()
Producto de potencia porprobabilidad de viento (W)
1 0 476 0002 0 885 0003 250 1175 29384 510 1320 67325 760 1325 100706 1050 1216 127687 1490 1034 154078 1899 819 155539 2179 609 1327010 2499 426 1064611 2749 281 772512 3099 175 542313 3279 103 337714 3499 057 199415 3249 030 97516 2999 015 45017 3049 007 21318 3059 003 09219 3199 001 03220 3339 001 033
TOTAL 9958 107698
Promedio de potencia de salida = 107698W
Energiacutea de salida mensualmente = 7665kWhmes
Energiacutea de salida anualmente = 9198kWhantildeo
Energiacutea de salida diariamente = 2555kWhdiacutea
Con los desempentildeos mostrados por cada aerogenerador se puede deducir que
1 El aerogenerador de 1kW no suple las necesidades de energiacutea demandada
2 El aerogenerador de 15kW cumple con los requerimientos de demanda de energiacutea
sin estar sobredimensionado
3 El aerogenerador de 3kW tambieacuten cumple con la demanda de energiacutea pero de una
manera sobredimensionada y se descarta de antemano por razones de tipo
econoacutemico
94
En conclusioacuten se tiene que el aerogenerador escogido para este proyecto es el de 15kW
en el mercado internacional se pueden encontrar aerogeneradores de esta potencia nominal
de diferentes fabricantes como se muestra en la tabla 19
Tabla 19 Aerogeneradores de 15kW
ModeloDatos
Teacutecnicos
BergeyBwc Excel
1500
JBornayInclin Neo
1500
WhisperH 1500
PotenciaNominal
(W)1500 1500 1500
Velocidad del vientopara arranque
(ms)36 35 34
Velocidad parapotencia nominal
(ms)125 12 125
Nuacutemero de aspas 3 2 3
Diaacutemetro(m)
3 286 27
Material Fibra devirdiocarbono
Fibra devirdiocarbono
Fibra devirdiocarbono
GeneradorAlternador
trifaacutesico de imanespermanentes
Alternador trifaacutesico de imanes
permanentes
Alternador trifaacutesico de imanes
permanentesVoltaje
(V)122448120220 2448120220 122448120220
Voltaje banco debateriacuteas
(V)
24 24 24
Peso(kg)
38 42 35
95
425 Caacutelculo del banco de bateriacuteas
El tamantildeo del banco de bateriacuteas lo va a determinar la cantidad de amperios hora diacutea
requeridos Estos amperios hora diacutea se deducen de la tabla 14 (consumo tiacutepico de energiacutea
eleacutectrica en la zona de estudio) donde se observa que se tiene una demanda de 6930 Vatios
hora diacutea Para un aerogenerador de 15kW los fabricantes recomiendan trabajar con un
sistema a 24V entonces se tiene
iacutea28875Ahd24Vshoradiacutea6930Vatio ====dividedividedividedivide
Para tener una suplencia eficiente con el banco de bateriacuteas se asume un periodo de 5 diacuteas
en el que la velocidad del viento esteacute por debajo del miacutenimo requerido que son 35ms
para que el aerogenerador comience a entregar energiacutea
144375Ah5diacuteasiacutea28875Ahd ====
Para evitar completamente la descarga de las bateriacuteas en este lapso de tiempo se tiene que
multiplicar por el siguiente factor (este valor se toma del manual de instalacioacuten operacioacuten y
mantenimiento de Southwest Windpower Inc que es un fabricante de aerogeneradores de
15kW)
1 Paneles solares uacutenicamente (50 de descarga) 15
2 Sistemas hiacutebridos eoacutelico-solar (60 de descarga) 14
3 Sistemas eoacutelicos uacutenicamente (80 de descarga) 12
17325Ah12144375Ah ====
En general las bateriacuteas utilizadas en este tipo de instalaciones son de plomo-aacutecido de tipo
estacionario de ciclo profundo y libre mantenimiento que suministran 220Ah y 6V Para
calcular el numero de bateriacuteas del banco se tiene
8Bateriacuteasas788Bateriacute220Ah17325Ah asympasympasympasymp====dividedividedividedivide
96
Figura 32 Banco de bateriacuteas serie-paralelo
En la figura 32 se muestra el banco de bateriacuteas a utilizar el cual tiene las siguientes
caracteriacutesticas
bull Cada bateriacutea de 6V ndash 220Ah
bull Cada hilera (vertical) de conexioacuten en serie 24V ndash 220Ah
bull Total de las 2 hileras en paralelo 24V ndash 440Ah
Tabla 20 Bateriacuteas de 220Ah
Marca y modelo
Datos teacutecnicos
Trojan
B220-4
Sonnenschein
S212220Ah
YuasaExide
8DS
Voltaje (V) 6 6 6
Amperios hora
(Ah)
220 220 220
Mantenimiento Libre Libre Libre
De acuerdo a distribuidores internacionales de bateriacuteas las baterias que trabajan maacutes
eficientemente con sistemas conversores de este tipo son las Trojan B220-4 ya que
brindan una garantiacutea de cinco antildeos sin mantenimiento alguno
97
426 Caacutelculo del inversor
La funcioacuten del inversor es transformar una tensioacuten continua VCC en una tensioacuten alterna
VCA elevaacutendola de 24 a 120V La potencia nominal del inversor depende de la potencia
pico en corriente alterna demandada por el consumo tiacutepico para la zona de estudio esta
potencia pico es 2560W
Los inversores que maacutes se adaptan y que se pueden conseguir en el mercado tienen las
siguientes caracteriacutesticas
Foto 21 Inversor de 24VCD a 120VCA
Tabla 21 Inversores de 24VCD a 120VCA
Marca y modelo
Datos teacutecnicos
Ceim
SM-2500
Trace Engineering
DR3624
Voltaje 24VDC ndash 120VAC a 60Hz 24VDC ndash 120VAC a 60Hz
Potencia nominal (W) 2500 3000
Se escoge el inversor de Trace Engineering DR3624 ya que por cuestiones de disentildeo se
plantea dejar un sistema flexible que pueda estar sometido a futuras ampliaciones y ademaacutes
a conexiones de equipos externos (equipos de ordentildeo para ganado sistemas automaacuteticos de
riego bebedores automaacuteticos para ganado invernaderos motosierras etc)
98
427 Caacutelculo del regulador
El objetivo principal del regulador es estabilizar la carga desde el aerogenerador para parar
la carga cuando las bateriacuteas no lo necesiten maacutes (evitando sobrecargas) y eviten asiacute la
descarga hacia el aerogenerador cuando no hay viento Tambieacuten protege la instalacioacuten de
cortocircuitos estabiliza la tensioacuten protege contra la inversioacuten de polaridad del banco de
bateriacuteas y adapta la carga al estado de las bateriacuteas Para calcular la corriente del regulador
se tiene
VPI ====
V24kW51I =
A562I ====
El regulador que maacutes se adapta y que se puede conseguir en el mercado tiene las siguientes
caracteriacutesticas
Tabla 22 Regulador de 100A
Marca y modelo
Datos teacutecnicos
Trace Engineering
RG-100A
Voltaje (VDC) 12-24-48
Corriente nominal (A) 100
99
428 Montaje final del sistema conversor de energiacutea eoacutelica
Figura 33 Montaje del sistema conversor de energiacutea eoacutelica
(1)
(2) (3)
(5)(4)
(7)
(8)
(11)
(15)
(12)
(14)
(18)
(16) (17)
(10)
(13)
(9)
(6)
100
Este montaje incluye un tablero general de control que suministra el fabricante de cualquier
aerogenerador en donde viene incluido un rectificador trifaacutesico de corriente regulador de
tensioacuten de 24V sistema de monitoreo de carga y descarga de bateriacuteas y un interruptor de
estado soacutelido que actuacutea automaacuteticamente con el sistema de monitoreo con el fin de enviar la
carga sobrante de las bateriacuteas al disipador de carga (que tambieacuten lo suministran los
fabricantes) cuando las bateriacuteas esteacuten cargadas ademaacutes de un interruptor de frenado que
desconecta todo el sistema para que el aerogenerador se detenga A continuacioacuten se
muestran los equipos con sus especificaciones teacutecnicas utilizados para el proyecto
(1) Aerogenerador de 15kW (veacutease tabla 19)
Generador Alternador trifaacutesico
De imanes permanentes
Voltaje generador (VAC) 220
Torre Galvanizada de 3rdquo Voltaje banco de bateriacuteas (VDC) 24
(2) Sistema de monitoreo y regulador automaacutetico de carga del banco de bateriacuteas
(3) Tablero general de control
(4) Interruptor de estado soacutelido para carga automaacutetica de bateriacuteas
(5) Regulador secundario de tensioacuten de 24V
(6) Interruptor de frenado del aerogenerador
(7) Rectificador trifaacutesico de entrada corriente alterna y salida corriente continua
(8) Cortacircuitos tripolar termomagneacutetico
V3PI ====
V2203kW51I =
A943I ====
Marca Legrand In (A) 10 Voltaje (VAC) 120220
Ref DSA-3010 Capacidad interruptiva (kA) 10 (220V) Nuacutemero de polos 3
101
(9) Disipador de carga
(10) Transformador trifaacutesico
Potencia (kVA) 15
Voltaje del primario (VAC) 220 (Delta)
Voltaje del secundario (VAC) 24 (Triaacutengulo)
(11) Regulador principal de 24V (ver numeral 427)
(12) Arrancador para el motor de la bomba centrifuga
VPI ====
V24W560I =
A3323I ====
Marca Telemecanique Tensioacuten de trabajo (V) 24 Potencia (HP) frac34
Ref GV2-P22D1BW3 Reglaje de la proteccioacuten
teacutermica (A)
20 a 25 Proteccioacuten IP65
(13) Cortacircuitos monopolar de CC
VPI ====
V24kW51I =
A562I ====
Marca Merlin Gerin In (A) 65 Voltaje (VDC) 24
Ref C60H-24409 Capacidad interruptiva (kA) 10 (24V) Nuacutemero de polos 1
(14) Bomba para el suministro de agua (ver numeral 4231)
(15) Banco de bateriacuteas (ver numeral 425)
(16) Inversor de 24VDC a 120VAC (ver numeral 426)
(17) Tablero monofaacutesico de cortacircuitos termomagneacuteticos para circuitos de CA
Marca Luminex Tensioacuten de trabajo (V) 120127 Capacidad nominalbarraje principal (A)
125
Ref TML-8 Tensioacuten de aislamiento (V) 600 Nuacutemero de circuitos 8
102
(18) Cortacircuitos monopolar de CC
VPI ====
V24kW2I =
A3383I ====
Marca Merlin Gerin In (A) 100 Voltaje (VDC) 24
Ref NC100H-27254 Capacidad interruptiva (kA) 15 (24V) Nuacutemero de polos 1
43 MANUAL DE INSTALACIOacuteN OPERACIOacuteN Y MANTENIMIENTO DELAEROGENERADOR
431 Instalacioacuten
Realizar y corroborar los siguientes pasos en orden
4311 Voltaje del sistema
Todos los componentes del sistema el aerogenerador la central del sistema el disipador de
energiacutea el transformador y el inversor deben estar al mismo voltaje del banco de bateriacuteas
que para el caso de un aerogenerador de 1500W de potencia nominal los fabricantes
recomiendan 24V
4312 Instalacioacuten de la torre (localizacioacuten tipo y altura)
La altura miacutenima de la torre debe ser de 7m por encima de los aacuterboles u obstaacuteculos en un
radio de 100m La carga de empuje lateral en el extremo de la torre debe corresponder al
modelo del aerogenerador El punto maacutes alto del terreno o lugar de instalacioacuten es
generalmente el mejor Una torre autoportante ocupa menos aacuterea de terreno que una torre
soportada con cables (riendas obenques tirantes) pero es maacutes costosa Un disentildeo de torre
pivotada permite una instalacioacuten sencilla y un mantenimiento faacutecil en tierra eliminando la
necesidad de escalar
103
4313 Adquirir el tamantildeo del banco de bateriacuteas adecuado
Los sistemas de faacutebrica contienen el banco de bateriacuteas sugerido En la tabla siguiente se
puede observar el tamantildeo miacutenimo del banco de bateriacuteas para diferentes aerogeneradores de
potencia nominal
4314 Seleccioacuten del lugar para instalar el banco de bateriacuteas
Ubicar el banco de bateriacuteas en una edificacioacuten fresca seca y deshabitada Poner a funcionar
la energiacutea AC desde el inversor hasta la casa o sitio de consumo Si las bateriacuteas estaacuten en un
edifico habitado este debe ser cerrado y tener suficiente ventilacioacuten Determinar la
configuracioacuten en serieparalelo para construir un estante o montar las bateriacuteas sobre un
mueble resistente en madera tratada Dejar 5cm alrededor para ventilacioacuten y 60cm de
104
separacioacuten vertical para el acceso a los terminales y revisioacuten del agua Proteger todas las
conexiones con grasa o protector de corrosioacuten Instalar el tablero de control general (EZ-
WIRE) y el fusible del inversor (si se usa) al polo positivo de las bateriacuteas
Usar el diagrama siguiente para determinar la configuracioacuten serieparalelo del banco de
bateriacuteas para trabajar a un voltaje de 24V
4315 Instalar el tablero de control (EZ-WIRE) y el transformador
Instalar el tablero de control del sistema (EZ-WIRE) y el transformador sobre superficies
resistentes al calor Localizarlos a 3m maacuteximo uno del otro Conectar el transformador a
los terminales WIND del tablero de control con un conductor adecuado (6AWG-THW)
Conectar el tablero de control DC+ y el DC- a las bateriacuteas usando los conductores del
calibre correspondiente
105
4316 Instalar y conectar el disipador de carga
Instalar la caja de resistencias o disipador de carga sobre una superficie resistente al calor
El disipador de carga produce calor cuando las bateriacuteas estaacuten cargadas Ubicar el disipador
de carga al lado del tablero de control o donde se necesite calor
4317 Montar el interruptor de frenado
Al lado del tablero de control usando un conductor adecuado se conecta el interruptor de
frenado a los terminales ldquoWINDrdquo en el tablero de control
106
4318 Instalar el inversor y conectarlo al banco de bateriacuteas
Instalar un cortacircuitos para corriente continua entre el inversor y el positivo del banco de
bateriacuteas usando los conductores adecuados
4319 Instalar los conductores desde el extremo de la torre al transformador y
despueacutes al tablero de control
Usar 3 conductores adicionando una red a tierra desde la torre hasta el lugar de instalacioacuten
utilizando los conductores adecuados
43110 Pruebas eleacutectricas para el aerogenerador
Realizar estas pruebas antes de montar las aspas en el rotor Estas pruebas confirman que el
aerogenerador esteacute funcionando correctamente y listo para ser instalado en la torre
107
43111 Conectar los conductores y montar el aerogenerador en la torre
Instrucciones de montaje
1 Revisar el ajuste de los accesorios de insercioacuten dentro de la torre Se tolera un juego
maacuteximo de 15mm Debe ser posible desplazar el inserto con los pernos de montaje
ajustadamente dentro de la torre
2 Instalar el accesorio de insercioacuten en el eje vertical con el agujero no roscado
orientado hacia abajo (1) Usar un compuesto sellador para roscas en todas las
uniones roscadas
3 Instalar los tornillos M8x30 (2) y la arandela de seguridad (4) en este agujero
ademaacutes de la contratuerca (6) como tuerca de seguridad para los tornillos (7) y
ajustarlos en el accesorio de insercioacuten
4 Usar caperuzas plaacutesticas o pernos conectores para hacer las conexiones eleacutectricas
5 Cubrir muy bien los tornillos conectores con suficiente cinta aislante para prevenir
cortos con la torre
6 Soportar bien los conductores para evitar que se separen o rompan por su propio
peso
108
7 Deslizar el eje vertical del generador sin las aspas dentro de la torre e instalar
todos los componentes tal como se muestra en la siguiente figura Use compuesto
sellador para roscas en todas las uniones roscadas
43112 Prueba del cableado del aerogenerador al tablero de control
No se pueden instalar las aspas hasta haber pasado las pruebas Repita el paso 11 activando
el interruptor de frenado (brake switch ldquoONrdquo) para poner los cables en corto
109
110
43113 Instalar el timoacuten o cola
111
43114 Instalar las aspas y la nariz
Para realizar la instalacioacuten de estas partes el interruptor de frenado debe estar activado
(brake switch ldquoONrdquo)
Instrucciones de instalacioacuten
1 La parte del aspa con la cinta guiacutea (borde de ataque) debe estar hacia abajo cuando
el aspa esteacute a la derecha de la platina de montaje
2 Introducir los tornillos (1) a traveacutes de la platina de montaje y del aspa La cabeza del
tornillo debe estar del lado del rotor y de la platina de montaje
3 Instalar una arandela plana (2) con el lado redondeado hacia la fibra de vidrio y una
tuerca (3) con un torque de 14 lbs-pie No ajustar excesivamente pues puede
quebrar la fibra de vidrio
4 Instalar la nariz (9) la arandela de caucho contra el protector (5a) la arandela plana
(5) la arandela divisoria de presioacuten (6) y el tornillo (4)
43115 Izar la torre siguiendo las instrucciones del fabricante con el interruptor defrenado en posicioacuten ldquoONrdquo
112
44 OPERACIOacuteN NORMAL
441 Controles y caracteriacutesticas del tablero de control
4411 Seccioacuten de control
El interruptor WIND ONOFF se utiliza para frenar o detener el aerogenerador El
interruptor del circuito ofrece proteccioacuten para sobrecarga y puede ser usado para
desconectar las cargas DC
4412 Seccioacuten del sistema de monitoreo
Selector de tres posiciones Ubicado a la izquierda en el tablero
1 Posicioacuten Izquierda Indica amperios o voltios de acuerdo con el selector
2 Posicioacuten Central APAGADO (OFF) ademaacutes reduce la descarga de la bateriacutea El
regulador permanece encendido
3 Posicioacuten Derecha Indica los voltioscelda de la bateriacutea cuando el selector tambieacuten
estaacute en la posicioacuten ldquoVoltsCellrdquo Los voltios para cada celda de la bateriacutea tambieacuten se
113
indican como porcentaje de carga de la bateriacutea en la escala vertical o MEDIDOR
DE CARGA DE LA BATERIA (BATTERY FUEL GAUGE) Este es el indicador
maacutes confiable de carga de la bateriacutea y no se ve afectado por eventos de baja o alta
descarga o por el proceso de carga La bateriacutea debe estar conectada por lo menos
durante 6 horas para obtener una lectura precisa
Botoacuten selector ubicado a la derecha
1 VoltsCell Indica el estado de carga de bateriacuteas del tipo de plomo aacutecido
2 V-Bat Indica el voltaje actual de la bateriacutea con una precisioacuten de una deacutecima de
voltio
3 A-Bat Muestra amperios positivos si la bateriacutea se estaacute cargando Indica amperios
negativos si la bateriacutea se estaacute descargando Utilice estos controles para entender y
monitorear los efectos de las fuentes de consumo
4 A-Wind Indica la carga en amperios del aerogenerador Se usa para medir la
velocidad del viento y monitorear el desempentildeo del aerogenerador
114
442 Operacioacuten del regulador automaacutetico de carga
El regulador automaacutetico de carga del banco de bateriacuteas incorporado previene sobrecargas
de la bateriacutea y asegura una larga vida de las bateriacuteas con un consumo miacutenimo de agua
4421 Luz indicador de regulacioacuten
Si es intermitente indica que la bateriacutea ha alcanzado su estado de flotacioacuten y parte de la
energiacutea se esta desviando al disipador de carga o caja de resistencias El proceso de carga
del banco de bateriacuteas seraacute cada vez maacutes lento hasta que se cargue completamente cada
vez habraacute maacutes carga desviaacutendose al disipador de carga o caja de resistencias
4422 Posicioacuten de flotacioacuten
Seleccionar el voltaje maacuteximo de la bateriacutea que permitiraacute el regulador Usar las posiciones
maacutes altas cuando las bateriacuteas esteacuten en lugares friacuteos
Posiciones sugeridas
bull Uacutenicamente viento Fijar a 245-25 Voltioscelda (VoltsCell) No es necesario
igualar el voltaje de las celdas Revisar el nivel del agua cada seis meses
bull Igualacioacuten Utilizar 27-28 Voltioscelda (VoltsCell) despueacutes de llenar las celdas
de la bateriacutea cargar por 24 horas Monitorear la temperatura y el nivel del agua
mientras ecualiza
115
443 Iniciar el aerogenerador
Colocar el interruptor de frenado (WIND) en la posicioacuten ldquoONrdquo despueacutes de que la heacutelice
gire leer la corriente de carga del viento (A-Wind) en la pantalla o monitor
4431 Operacioacuten de la heacutelice del aerogenerador
En vientos menores a 3-4ms la heacutelice no giraraacute si estaacute completamente quieta En vientos
por encima de 3-4 ms las heacutelices comenzaraacuten a girar lentamente y despueacutes de 1 a 10
minutos alcanzaraacute unas rpm donde las aspas seraacuten praacutecticamente invisibles Una vez las
aspas esteacuten en movimiento continuaraacuten girando en vientos tan bajos como 2ms En
vientos normales la corriente de carga aumentaraacute raacutepidamente al incrementarse la velocidad
del viento (por la foacutermula que relaciona directamente la potencia con el cubo de la
velocidad del viento) y a la velocidad nominal del viento usted podraacute leer la corriente
nominal en la pantalla en la posicioacuten ldquoA-Windrdquo
En vientos muy altos la corriente de carga decreceraacute a medida que la maacutequina se pliega por
la accioacuten del rotor basculante para protegerse a siacute misma de dantildeos
444 Encienda el inversor
Seguir las instrucciones del fabricante del inversor
445 Consumo de electricidad propia
Ahora se tiene energiacutea eleacutectrica del viento Con el inversor se tiene energiacutea AC para
electrodomeacutesticos comunes Revisar diariamente el estado de carga de las bateriacuteas Si las
bateriacuteas siempre estaacuten cargadas la luz del regulador siempre estaacute encendida se puede
agregar maacutes iluminacioacuten y electrodomeacutesticos y usarlos durante un mayor nuacutemero de horas
al diacutea
Si baja el nivel de carga de las bateriacuteas se estaacute usando maacutes electricidad de la que el
aerogenerador esta produciendo Reducir las horas de uso y el nuacutemero de luces y
electrodomeacutesticos Utilizar bombillos y electrodomeacutesticos eficientes Reducir las cargas
cuando las bateriacuteas esteacuten cargadas menos del 40
116
45 MANTENIMIENTO
451 Mensual
4511 Revisar el interruptor de seguridad (para revisar el cableado eleacutectrico)
Detener el aerogenerador en un viento moderado (cargando pero no plegado) Cuando se
detenga la heacutelice no se debe observar ni detectar ninguna dificultad inusual o ruido
extrantildeo Cuando se presenta alguacuten ruido mientras se activa el interruptor de frenado esto
puede indicar un cable desconectado
117
4512 Revisar el estado mecaacutenico observar y escuchar desde la base de la torre
Usar binoculares No debe presentarse ninguacuten ruido mecaacutenico cascabeleo o vibracioacuten La
heacutelice y la cola no deben cabecear o tambalearse Si se requiere se debe escalar o bajar la
torre para su inspeccioacuten No debe presentarse ninguacuten zumbido ni al oiacutedo ni al tacto cuando
se coloque la mano sobre la torre
4513 Inspeccionar la torre
Seguir todos los requisitos de inspeccioacuten y mantenimiento que da el fabricante de la torre
Ajustar adecuadamente todas las tuercas y tornillos especialmente las conexiones de los
cables Revisar cualquier fisura pandeado o partes rotas en los anclajes y base de la
estructura Revisar que no haya hilos rotos o distensioacuten en los cables de soporte o tensioacuten
118
452 Anual
4521 Revisar el banco de bateriacuteas
Agregar agua destilada si estaacute en un nivel bajo Ajustar las conexiones de los bornes de las
bateriacuteas Remover la corrosioacuten y proteger los terminales Enjuagar las partes con solucioacuten
de soda caacuteustica
4522 Si es necesario realizar la carga de igualacioacuten de la bateriacutea
No es necesario realizar una carga de igualacioacuten si el voltaje de flotacioacuten de cada celda estaacute
en 24V o maacutes Si las bateriacuteas se descargan por largos periacuteodos o las lecturas hidromeacutetricas
de las celdas difieren por maacutes de 20 puntos (Ej 1205 vs 1230) o una celda estaacute deacutebil dar
a la bateriacutea una carga de igualacioacuten Igualar el voltaje de las celdas de las bateriacuteas
colocando el botoacuten selector de flotacioacuten en 27-28 y permitir que la bateriacutea llegue a plena
carga y gasifique libremente (reduzca la carga yo conectar un generador si es necesario)
Dejar cargar las bateriacuteas por lo menos durante 24 horas y tomar lecturas con el hidroacutemetro
La igualacioacuten se ha completado cuando las lecturas del hidroacutemetro tengan 20 puntos
maacuteximo de rango Revisar el nivel del agua y si es preciso disminuir la carga para evitar
que la bateriacutea este demasiado caliente al tacto
119
4523 Escalar la torre o bajarla y hacer una revisioacuten mecaacutenica total delaerogenerador
Ajustar cualquier pieza que se encuentre floja o cambiar las piezas desgastadas
1 Ajustar todas las tuercas y tornillos de montaje de la torre y los tornillos de montaje
del rotor
2 Revisar todos los rodamientos Se acepta un juego escasamente perceptible
3 Rellenar las fisuras de las heacutelices de fibra de vidrio con sellante de silicona
Reemplazarlas si hay alguna rota o dantildeada Reparar o reemplazar las aspas de fibra
de vidrio si estaacuten quebradas o dantildeadas
4524 Registro de mantenimiento
Observar y registrar los requisitos mensuales y anuales de inspeccioacuten Registrar todos los
trabajos de mantenimiento y reparaciones
CAPIacuteTULO 5
5 ANAacuteLISIS ECONOacuteMICO
A nivel internacional se considera que la energiacutea eoacutelica es una tecnologiacutea madura
comercialmente Sin embargo no se ha desarrollado con fuerza mas que desde hace 4 oacute 5
antildeos en los que la potencia instalada en todo el mundo se ha multiplicado por 5 Este
desarrollo no soacutelo se ha debido a la mejora tecnoloacutegica sino tambieacuten a la mejora de los
aspectos econoacutemicos no obstante los gobiernos han reconocido la existencia de unos
beneficios antildeadidos de la energiacutea eoacutelica especialmente sus ventajas medioambientales Ello
ha hecho que se introduzcan bonificaciones a los precios pagados por ella o subvenciones a
la instalacioacuten de equipos que permiten facilitar el desarrollo en las inversiones en este tipo
de energiacutea Este hecho permitioacute que se comenzara a producir a gran escala promoviendo
tanto el avance tecnoloacutegico como una reduccioacuten en los costos de fabricacioacuten Esto a su vez
ha permitido reducir el costo de generacioacuten de la energiacutea eoacutelica a niveles muy proacuteximos a
los de la generacioacuten eleacutectrica convencional Este factor junto con la existencia de unos
precios de compra favorables explica el desarrollo espectacular de los uacuteltimos antildeos
Pese a todo no hay que olvidar que la energiacutea eoacutelica por su propia naturaleza y por su
tecnologiacutea presenta maacutes riesgos en cuanto a su produccioacuten y costos que las energiacuteas
convencionales y que la disponibilidad econoacutemica es crucial para conseguir una
factibilidad yo rentabilidad aceptable de los equipos Por ello parece necesario estudiar
con alguacuten detalle todos los aspectos econoacutemicos de la energiacutea eoacutelica y el grado en que
influyen los distintos paraacutemetros
121
51 COSTOS DEL SISTEMA CONVERSOR DE ENERGIacuteA EOacuteLICA
Los costos de la energiacutea eoacutelica se pueden analizar desde distintos puntos de vista Para el
inversionista o el promotor de una instalacioacuten los costos a considerar son los costos
privados es decir los soportados directamente por eacuteste como los costos de inversioacuten de
explotacioacuten etc Sin embargo si la inversioacuten se analiza desde un punto de vista puacuteblico o
social es necesario tener en cuenta tambieacuten otros valores a la hora de determinar su
rentabilidad como el ahorro energeacutetico que se produce los costos y beneficios
medioambientales que supone la instalacioacuten
511 Costos privados
Los costos privados de un montaje de estas caracteriacutesticas son el costo de inversioacuten y el
costo de explotacioacuten
5111 Costo de inversioacuten
El costo de inversioacuten incluye el aerogenerador el banco de bateriacuteas el regulador el
inversor la torre y el montaje Como se ilustra en la tabla 19 del capitulo anterior en donde
se muestran tres clases de aerogeneradores se toma en cuenta el costo de cada uno ademaacutes
de los equipos restantes que conforman el sistema conversor de energiacutea eoacutelica con el fin
de determinar diferentes alternativas de inversioacuten Se utiliza una TRM $236328 al 29 de
mayo de 2002 sin embargo se efectuaraacute un anaacutelisis en doacutelares para ser el estudio maacutes
objetivo
El factor de importacioacuten incluye nacionalizacioacuten fletes nacionales internacionales
seguros aduana y aranceles
122
Tabla 23 Alternativa de inversioacuten 1
COSTOSFACTOR
IMPORTACIOacuteNEQUIPO ODETALLE REFERENCIA CANTIDAD VALOR
FOB(USD$) () (USD$)
VALORTOTALFINAL(USD$)
AerogeneradorJBORNAYInclin Neo
15001 2982 40 1193 4175
Banco deBateriacuteas
TROJANB220-4 8 1238 60 743 1981
Inversor 24120 TRACEDR3624 1 1007 40 404 1411
Regulador RG 100A 1 279 40 112 391Torre
Galvanizada Tilt UpTipo pesado 3 10m 0 116
BombaCentriacutefuga 1 0 4872
Montaje 1 0 2158SUB ndash TOTAL 5506 10719
TOTAL 10719 Equipos adquiridos en el paiacutes y cotizados en doacutelares a la TRM incluido el IVA
Tabla 24 Alternativa de inversioacuten 2
COSTOSFACTOR
IMPORTACIOacuteNEQUIPO ODETALLE REFERENCIA CANTIDAD VALOR
FOB(USD$) () (USD$)
VALORTOTALFINAL (USD$)
AerogeneradorBERGEYBwc Excel
15001 4134 40 1654 5788
Banco deBateriacuteas
TROJANB220-4 8 1238 60 743 1981
Inversor 24120 TRACEDR3624 1 1007 40 404 1411
Regulador RG 100A 1 279 40 112 391Torre
Galvanizada Tilt UpTipo pesado 3 10m 0 116
BombaCentrifuga 1 0 4872
Montaje 1 0 2238SUB ndash TOTAL 6658 12412
TOTAL 12412 Equipos adquiridos en el paiacutes y cotizados en doacutelares a la TRM incluido el IVA
123
Tabla 25 Alternativa de inversioacuten 3
COSTOSFACTOR
IMPORTACIOacuteNEQUIPO ODETALLE REFERENCIA CANTIDAD VALOR
FOB(USD$) () (USD$)
VALORTOTAL FINAL
(USD$)
Aerogenerador WHISPERH 1500 1 3922 40 1569 5491
Banco deBateriacuteas
TROJANB220-4 8 1238 60 743 1981
Inversor 24120 TRACEDR3624 1 1007 40 404 1411
Regulador RG 100A 1 279 40 112 391Torre
Galvanizada Tilt UpTipo pesado 3 10m 0 116
BombaCentrifuga 1 0 4872
Montaje 1 0 2224SUB ndash TOTAL 6446 12101
TOTAL 12101 Equipos adquiridos en el paiacutes y cotizados en doacutelares a la TRM incluido el IVA
51111 Costos de montaje
Los gastos de montaje incluyen costos de desplazamiento al sitio de trabajo para 3
personas estadiacutea por dos semanas que aproximadamente dura el montaje transporte de los
equipos materiales eleacutectricos e insumos para la instalacioacuten y salarios para dichas personas
Ademaacutes se incluye una utilidad del 5 sobre el valor total de los equipos para cada
alternativa
Tabla 26 Costos de montaje del sistema eoacutelico
Alte
rnat
iva Diacuteas Comidas
($)
Estadiacutea
($)
Insumos
para la
instalacioacuten
($)
Salarios
($)
Transporte
de equipos
y personal
($)
Utilidad
($)
Total
costo
($)
Montaje
(USD$)
1 10 288000 200000 1000000 2400000 200000 1011602 5099602 2158
2 10 288000 200000 1000000 2400000 200000 1202200 5290200 2238
3 10 288000 200000 1000000 2400000 200000 1167105 5255105 2224
Cotizado en pesos a nivel nacional y evaluado en doacutelares a la TRM $236328
124
EL 95 de los equipos no estaacuten sometidos al reacutegimen de impuesto de valor agregado
(IVA) gracias al decreto 2532 de 2001 a las leyes 697 de 2001 y 223 de 1995 que se
explicaran en el capitulo 7
5112 Costos de explotacioacuten
Los costos anuales de explotacioacuten son del 2 de la inversioacuten inicial Comprenden los
gastos de personal de operacioacuten y mantenimiento de reparaciones y de sustitucioacuten de
equipos como el banco de bateriacuteas que tiene que ser sustituido cada cinco antildeos
Tabla 27 Costo final de las alternativas
Alte
rnat
iva Costo de
equipos
(USD$)
Montaje
(USD$)
Valor
presente
(USD$)
Valor presente
($)
Mto anual 2 de
inversioacuten inicial
(USD$)
1 8561 2158 10719 25331998 21438
2 10174 2238 12412 29334211 24825
3 9877 2224 12101 28597222 24201
Cotizado en pesos a nivel nacional y evaluado en doacutelares a la TRM $236328
52 ANAacuteLISIS FINANCIERO DEL PROYECTO
Invertir es incurrir en la actualidad en un gasto que se espera deacute lugar a una corriente de
beneficios que haraacuten que el inversionista se halle en una posicioacuten maacutes favorable que la que
ocupariacutea en el caso de que el gasto inicial se hubiera destinado a otro uso
Asiacute es que se puede modelizar el proceso mediante la figura 34 donde C0 representa el
capital inicial invertido y FC1 FC2 FC3 FCt y FCN los flujos de fondos para cada periacuteodo
dentro de los n periacuteodos considerados
125
Figura 34 Modelo de flujo de fondos
Para determinar la factibilidad de esta inversioacuten se utilizoacute el meacutetodo del valor presente o
actualizacioacuten del flujo de fondos y para medir la rentabilidad de la misma se aplicaron los
conceptos de Valor Presente Neto (VAN) y de Tasa Interna de Retorno (TIR)
Se analizaraacute este proyecto mediante la aplicacioacuten de los meacutetodos VAN y TIR mencionados
anteriormente
Valor Actual Neto (VAN) El valor presente neto de un proyecto de inversioacuten es su valor
medido en dinero de hoy expresando esta idea de otra manera es el equivalente en pesos
actuales de todos los ingresos y egresos presentes y futuros que constituyen el proyecto
Mediante este meacutetodo se actualizan los flujos de fondos con el fin de hallar su valor actual
en el momento de la inversioacuten que si es positivo indicaraacute que el proyecto presenta un
rendimiento maacutes elevado que el costo de capital necesario para llevarlo a cabo Se expresa
mediante la siguiente ecuacioacuten
sumsumsumsumminusminusminusminus ++++
++++====n
1t tC
O)i1(
FCVAN t (2)
Donde
i es la tasa de corte de mercado
Tasa Interna de Retorno (TIR) Este iacutendice se refiere a la rentabilidad del dinero invertido
en el proyecto y puede ser mayor igual o menor que la tasa de oportunidad aplicable al
inversionista
126
Este meacutetodo se refiere al tipo de intereacutes que aplicado al capital de que se dispone al
comienzo de cada periacuteodo haraacute posible que las entradas de caja sirvan para cubrir
exactamente la totalidad de las cargas de intereacutes y para reponer el capital desembolsado
Se trata de encontrar la solucioacuten de la variable r en la siguiente ecuacioacuten
0)r1(
FCo
n
1tt
Ct ====++++
++++ sumsumsumsumminusminusminusminus
(1)
Donde
Co representa el movimiento de caja al comienzo del periacuteodo de la inversioacuten
FCt los subsiguientes flujos de capital o de caja para cada periacuteodo t
n la vida uacutetil de la inversioacuten
r la rentabilidad interna o TIR
Valor de Salvamento (Vs) Es la recuperacioacuten del capital de trabajo invertido en el
proyecto o en otras palabras el valor de venta del equipo usado al concluir la vida uacutetil del
proyecto Para el caso de este proyecto se toma el valor de salvamento Vs como un 15 de
la inversioacuten inicial para el antildeo 20 de la vida uacutetil
521 Anaacutelisis financiero para cada alternativa
Con los costos finales para cada una de las alternativas mostrados en la tabla 25 se
realizaraacute ahora un anaacutelisis financiero para cada alternativa con una cuota inicial del 30
sobre el valor total de los equipos que tienen que ser importados este porcentaje lo
determina el importador ademaacutes de un plazo de 45 diacuteas para la entrega de los equipos en el
127
sitio En este caso particular se consultoacute con AQUAIRE ECOPRODUCTOS que es una
empresa colombiana dedicada a la importacioacuten de estos sistemas conversores
El 70 restante lo financiaraacute una entidad bancaria a traveacutes de un creacutedito a un posible
inversionista El estudio del creacutedito se haraacute para 24 36 y 60 meses con el fin de buscar
cual seria la solucioacuten maacutes econoacutemica y la maacutes rentable para el posible inversionista
Ademaacutes se incluye el valor del mantenimiento por los 20 antildeos de vida uacutetil del sistema
conversor de forma anual que seraacute del 2 de la inversioacuten inicial Se busca tener una cuota
mensual fija trayeacutendola al valor presente para que solo se pague durante los primeros 5
antildeos de la vida uacutetil del aerogenerador por otro lado este mantenimiento incluye el valor de
reposicioacuten de equipos como lo es el banco de bateriacuteas que tiene que ser cambiado cada
cinco antildeos
En la diagramacioacuten de los fondos de fondos que a continuacioacuten se presentan se mostraraacute el
valor presente neto y la tasa interna de retorno de cada una de las alternativas empezando
por aquella que posee subsidio luego la que no posee subsidio y por uacuteltimo una
comparacioacuten con un estrato maacutes alto que el costo en un estrato cinco
128
Tabl
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Flu
jo d
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797
599
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90
129
Tabla 29 Flujo de fondos para la alternativa 1 con cuota inicial del 30 a 24 meses
Valor total del creacutedito $ 17732398 Plazo 24 meses Fecha 25-05-02
Intereacutes 2153 anual Mora 3100 anual Cuota mensual $-915814
CUOTANo FECHA CAPITAL
($)INTERES
($)CUOTA
($)SALDO
($)1 240602 -597665 -318149 -915814 17134734
2 240702 -608388 -307426 -915814 16526346
3 230802 -619303 -296510 -915814 15907043
4 220902 -630415 -285399 -915814 15276628
5 221002 -641725 -274088 -915814 14634902
6 211102 -653239 -262575 -915814 13981663
7 211202 -664959 -250854 -915814 13316704
8 200103 -676890 -238924 -915814 12639814
9 190203 -689034 -226779 -915814 11950780
10 210303 -701397 -214417 -915814 11249383
11 200403 -713981 -201833 -915814 10535402
12 200503 -726791 -189023 -915814 9808611
13 190603 -739831 -175983 -915814 9068780
14 190703 -753105 -162709 -915814 8315676
15 180803 -766617 -149197 -915814 7549059
16 170903 -780371 -135443 -915814 6768688
17 171003 -794372 -121442 -915814 5974316
18 161103 -808624 -107189 -915814 5165692
19 161203 -823133 -92681 -915814 4342559
20 150104 -837901 -77913 -915814 3504658
21 140204 -852934 -62879 -915814 2651724
22 150304 -868237 -47576 -915814 1783487
23 140404 -883815 -31999 -915814 899672
24 140504 -899672 -16142 -915814 0
TOTAL -3750736 -1744146 -915814
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Tabla 32 Flujo de fondos para la alternativa 2 con cuota inicial del 30 a 24 meses
Valor total del creacutedito $20533948 Plazo 24 meses Fecha 25-05-02
Intereacutes 2153 anual Mora 3100 anual Cuota mensual $-1060503
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3 230802 -717147 -343356 -1060503 18420203
4 220902 -730014 -330489 -1060503 17690189
5 221002 -743112 -317391 -1060503 16947077
6 211102 -756445 -304059 -1060503 16190632
7 211202 -770016 -290487 -1060503 15420616
8 200103 -783832 -276672 -1060503 14636784
9 190203 -797895 -262608 -1060503 13838889
10 210303 -812211 -248293 -1060503 13026678
11 200403 -826783 -233720 -1060503 12199895
12 200503 -841617 -218886 -1060503 11358278
13 190603 -856717 -203786 -1060503 10501561
14 190703 -872088 -188416 -1060503 9629473
15 180803 -887735 -172769 -1060503 8741738
16 170903 -903662 -156841 -1060503 7838076
17 171003 -919875 -140628 -1060503 6918201
18 161103 -936379 -124124 -1060503 5981822
19 161203 -953180 -107324 -1060503 5028642
20 150104 -970281 -90222 -1060503 4058361
21 140204 -987690 -72814 -1060503 3070671
22 150304 -1005410 -55093 -1060503 2065261
23 140404 -1023449 -37054 -1060503 1041812
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Tabla 35 Flujo de fondos para la alternativa 3 con cuota inicial del 30 a 24 meses
Valor total del creacutedito $20018056 Plazo 24 meses Fecha 25-05-02
Intereacutes 2153 anual Mora 3100 anual Cuota mensual $-1033859
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5 221002 -724442 -309417 -1033859 16521301
6 211102 -737440 -296420 -1033859 15783861
7 211202 -750671 -283189 -1033859 15033190
8 200103 -764139 -269720 -1033859 14269051
9 190203 -777849 -256011 -1033859 13491202
10 210303 -791805 -242055 -1033859 12699397
11 200403 -806011 -227848 -1033859 11893386
12 200503 -820472 -213387 -1033859 11072914
13 190603 -835193 -198667 -1033859 10237721
14 190703 -850178 -183682 -1033859 9387543
15 180803 -865431 -168428 -1033859 8522112
16 170903 -880959 -152901 -1033859 7641153
17 171003 -896764 -137095 -1033859 6744389
18 161103 -912854 -121006 -1033859 5831535
19 161203 -929232 -104627 -1033859 4902303
20 150104 -945904 -87955 -1033859 3956399
21 140204 -962875 -70984 -1033859 2993524
22 150304 -980151 -53709 -1033859 2013373
23 140404 -997736 -36123 -1033859 1015637
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03-2
459
72-3
015
68-5
475
4116
562
301
224
07
02-1
917
63-3
557
77-5
475
4119
637
909
1717
10
03-2
503
86-2
971
55-5
475
4116
311
915
323
08
02-1
952
04-3
523
37-5
475
4119
442
705
1816
11
03-2
548
78-2
926
63-5
475
4116
057
038
422
09
02-1
987
06-3
488
35-5
475
4119
243
998
1916
12
03-2
594
51-2
880
90-5
475
4115
797
587
522
10
02-2
022
71-3
452
69-5
475
4119
041
727
2015
01
04-2
641
06-2
834
35-5
475
4115
533
481
621
11
02-2
059
01-3
416
40-5
475
4118
835
826
2114
02
04-2
688
44-2
786
97-5
475
4115
264
637
721
12
02-2
095
95-3
379
46-5
475
4118
626
231
2215
03
04-2
736
68-2
738
73-5
475
4114
990
969
820
01
03-2
133
55-3
341
86-5
475
4118
412
876
2314
04
04-2
785
78-2
689
63-5
475
4114
712
391
919
02
03-2
171
83-3
303
58-5
475
4118
195
693
2414
05
04-2
835
76-2
639
65-5
475
4114
428
815
1021
03
03-2
210
80-3
264
61-5
475
4117
974
613
2513
06
04-2
886
64-2
588
77-5
475
4114
140
151
1120
04
03-2
250
46-3
224
95-5
475
4117
749
567
2613
07
04-2
938
43-2
536
98-5
475
4113
846
308
1220
05
03-2
290
84-3
184
57-5
475
4117
520
483
2712
08
04-2
991
15-2
484
26-5
475
4113
547
193
1319
06
03-2
331
94-3
143
47-5
475
4117
287
289
2811
09
04-3
044
82-2
430
59-5
475
4113
242
711
1419
07
03-2
373
78-3
101
63-5
475
4117
049
910
2911
10
04-3
099
45-2
375
96-5
475
4112
932
767
1518
08
03-2
416
37-3
059
04-5
475
4116
808
273
3010
11
04-3
155
05-2
320
35-5
475
4112
617
261
142
CU
OT
AN
oFE
CH
AC
API
TAL
($)
INT
ERES
($)
CU
OT
A ($
)SA
LDO
($)
CU
OT
AN
oFE
CH
AC
API
TAL
($)
INT
ERES
($)
CU
OT
A($
)SA
LDO
($)
3110
12
04-3
211
66-2
263
75-5
475
4112
296
095
4605
03
06-4
193
47-1
281
94-5
475
416
725
710
3209
01
05-3
269
28-2
206
12-5
475
4111
969
167
4704
04
06-4
268
70-1
206
70-5
475
416
298
840
3308
02
05-3
327
94-2
147
47-5
475
4111
636
372
4804
05
06-4
345
29-1
130
12-5
475
415
864
310
3410
03
05-3
387
65-2
087
76-5
475
4111
297
607
4903
06
06-4
423
25-1
052
16-5
475
415
421
985
3509
04
05-3
448
43-2
026
98-5
475
4110
952
765
5003
07
06-4
502
61-9
727
9-5
475
414
971
724
3609
05
05-3
510
30-1
965
11-5
475
4110
601
735
5102
08
06-4
583
40-8
920
1-5
475
414
513
384
3708
06
05-3
573
28-1
902
13-5
475
4110
244
406
5201
09
06-4
665
63-8
097
8-5
475
414
046
821
3808
07
05-3
637
39-1
838
02-5
475
419
880
667
5301
10
06-4
749
34-7
260
7-5
475
413
571
886
3907
08
05-3
702
65-1
772
76-5
475
419
510
402
5431
10
06-4
834
55-6
408
6-5
475
413
088
431
4006
09
05-3
769
08-1
706
32-5
475
419
133
494
5530
11
06-4
921
29-5
541
2-5
475
412
596
302
4106
10
05-3
836
71-1
638
70-5
475
418
749
823
5630
12
06-5
009
59-4
658
2-5
475
412
095
343
4205
11
05-3
905
54-1
569
86-5
475
418
359
268
5729
01
07-5
099
47-3
759
4-5
475
411
585
396
4305
12
05-3
975
62-1
499
79-5
475
417
961
707
5828
02
07-5
190
96-2
844
5-5
475
411
066
300
4404
01
06-4
046
95-1
428
46-5
475
417
557
012
5930
03
07-5
284
10-1
913
1-5
475
4153
789
0
4503
02
06-4
119
55-1
355
85-5
475
417
145
057
6029
04
07-5
378
90-9
651
-547
541
0
TOTA
L-1
182
230
-21
030
16-5
475
410
143
FLU
JOS
DE
FO
ND
OS
PAR
A L
A A
LT
ER
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TIV
A 3
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iles d
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FLU
JO D
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ND
OS
1
103
4
I=1
79
01
23
45
67
89
1011
1213
1415
1617
1819
2021
2223
24
200
18
760
I = 1
79
01
23
45
67
89
1011
1213
1415
1617
1819
2021
2223
2425
2627
2829
3031
3233
3435
36
200
18
548
I=1
79
01
23
45
67
89
1011
1213
1415
1617
1819
2021
2223
2425
2627
2829
3031
3233
3435
3637
3839
4041
4243
4445
4647
4849
5051
5253
5455
5657
5859
60
FLU
JO D
E FO
ND
OS
2
FLU
JO D
E FO
ND
OS
3
200
18
144
Del anaacutelisis financiero que se le realizoacute a cada una de las alternativas de inversioacuten se puede
observar que la alternativa maacutes favorable para un posible inversionista es la alternativa 1
ya que es la maacutes econoacutemica y presenta un menor endeudamiento Por esta razoacuten se
trabajaraacute en adelante sobre la alternativa 1 baacutesicamente
Tabla 38 Costo total para la alternativa escogida
Costos
(USD$)
Montaje
(USD$)
VAN del mto
anual por
20 antildeos
(USD$)1
Valor
presente
(USD$)
Valor
presente
($)
Mto anual 2
de inversioacuten
inicial
Valor de
salvamento
15
8561 2158 2285 13004 30733037 260 46099561 VAN del flujo de caja por 20 antildeos utilizando una tasa de inflacioacuten del 7 anual
Tabla 39 Flujo de fondos proyectado para la alternativa escogida
Alternativa
1
($)
Meses Tasa
de
intereacutes
()
Cuota
inicial del
30
($)
Valor a
financiar
($)
Cuota
mensual
($)
Mto
mensual
($)
Costo
mensual
($)
30733037 Cuota
del
preacutestamo
24 179 9219911 21513126 1111074 5122173 1162296
Cuota
del
preacutestamo
36 179 9219911 21513126 816734 5122173 867596
Cuota
del
preacutestamo
60 179 9219911 21513126 588435 5122173 639656
145
Tabla 40 Flujo de fondos para la alternativa escogida con cuota inicial del 30 a 24
meses
Valor total del creacutedito $21513126 Plazo 24 meses Fecha 25-05-02
Intereacutes 2153 anual Mora 3100 anual Cuota mensual $-1111074
CUOTANo FECHA CAPITAL
($)INTERES
($)CUOTA
($)SALDO
($)1 240602 -725093 -385981 -1111074 207880332 240702 -738102 -372972 -1111074 20049930
3 230802 -751345 -359729 -1111074 19298585
4 220902 -764826 -346249 -1111074 18533759
5 221002 -778548 -332527 -1111074 17755212
6 211102 -792516 -318558 -1111074 16962695
7 211202 -806735 -304339 -1111074 16155960
8 200103 -821210 -289865 -1111074 15334750
9 190203 -835943 -275131 -1111074 14498807
10 210303 -850942 -260133 -1111074 13647865
11 200403 -866209 -244865 -1111074 12781657
12 200503 -881750 -229324 -1111074 11899906
13 190603 -897570 -213504 -1111074 11002336
14 190703 -913674 -197400 -1111074 10088662
15 180803 -930067 -181007 -1111074 9158595
16 170903 -946754 -164320 -1111074 8211841
17 171003 -963740 -147334 -1111074 7248101
18 161103 -981031 -130043 -1111074 6267070
19 161203 -998633 -112442 -1111074 5268437
20 150104 -1016550 -94525 -1111074 4251887
21 140204 -1034788 -76286 -1111074 3217099
22 150304 -1053354 -57720 -1111074 2163744
23 140404 -1072253 -38821 -1111074 1091491
24 140504 -1091491 -19583 -1111074 0
TOTAL -4550430 -2116016 -1111074 0
146
Tabl
a 41
Fl
ujo
de fo
ndos
par
a la
alte
rnat
iva
esco
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con
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151
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men
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($)
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CH
AC
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($)
SALD
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-385
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374
210
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3319
161
203
-592
758
-223
617
-816
374
118
707
74
224
07
02-4
381
15-3
782
59-8
163
7420
644
617
2015
01
04-6
033
93-2
129
81-8
163
7411
267
381
323
08
02-4
459
76-3
703
99-8
163
7420
198
642
2114
02
04-6
142
19-2
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56-8
163
7410
653
162
422
09
02-4
539
77-3
623
97-8
163
7419
744
665
2215
03
04-6
252
39-1
911
35-8
163
7410
027
923
522
10
02-4
621
22-3
542
52-8
163
7419
282
543
2314
04
04-6
364
57-1
799
18-8
163
749
391
466
621
11
02-4
704
13-3
459
61-8
163
7418
812
129
2414
05
04-6
478
76-1
684
99-8
163
748
743
591
721
12
02-4
788
53-3
375
21-8
163
7418
333
276
2513
06
04-6
595
00-1
568
75-8
163
748
084
091
820
01
03-4
874
45-3
289
30-8
163
7417
845
831
2613
07
04-6
713
32-1
450
42-8
163
747
412
758
919
02
03-4
961
90-3
201
84-8
163
7417
349
640
2712
08
04-6
833
77-1
329
97-8
163
746
729
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292
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550
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884
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418
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104
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16-5
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11
06-5
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123
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2021
2223
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3031
3233
3435
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4243
4445
4647
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5051
5253
5455
5657
5859
60
215
13
FLU
JO D
E FO
ND
OS
2
FLU
JO D
E FO
ND
OS
3
150
53 VALOR DEL SERVICIO DE ENERGIacuteA ELEacuteCTRICA ACTUAL
La empresa que suministra la energiacutea eleacutectrica en la vereda Tibista es la Empresa de
Energiacutea de Boyacaacute A continuacioacuten se ilustra un flujo estimativo del costo de la energiacutea
eleacutectrica proyectado mensual y anualmente para los 20 antildeos de vida uacutetil que posee el
sistema conversor de energiacutea eoacutelica Se tiene un estrato 2 (bajo) que esta dentro de un rango
de 1 a 200kWh cuya tarifa por kilovatio hora es de $13544
En el anexo 4 se muestran las tarifas de energiacutea eleacutectrica que tiene la Empresa de Energiacutea
de Boyacaacute para el departamento de Boyacaacute y Casanare durante el mes de mayo de 2002
Tabla 43 Flujo del servicio de energiacutea eleacutectrica actual por 20 antildeos
Antildeo Inflacioacuten
Presupuestada ()
Valor de energiacutea
eleacutectrica mensual ($)
Valor de energiacutea
eleacutectrica antildeo ($)
01 75 26438 3172562 75 28421 3410523 75 30553 3666364 75 32844 3941285 75 35307 4236846 75 37955 4554607 75 40802 4896248 75 43862 5263449 75 47152 565824
10 75 50688 60825611 75 54490 65388012 75 58577 70292413 75 62970 75564014 75 67693 81231615 75 72770 87324016 75 78228 93873617 75 84095 100914018 75 90402 108482419 75 97182 116618420 75 104471 1253652
TOTAL 13738800
151
En el anexo 5 se ilustra la diagramacioacuten de los flujos de fondos donde se muestra el valor
presente neto y la tasa interna de retorno de la alternativa escogida comparaacutendola con el
pago de la energiacutea entregada por parte de la empresa de energiacutea de Boyacaacute (EBSA) durante
un periodo de 20 antildeos que es la vida uacutetil del aerogenerador empezando la comparacioacuten por
aquella en la que el pago es al cien por ciento del valor del equipo luego con una cuota
inicial del treinta por ciento y el saldo a 24 36 y 60 meses
54 COSTO DE LA ENERGIacuteA GENERADA CON VIENTO
Se explicaraacute la forma de llegar al valor monetario de la unidad de energiacutea eleacutectrica
generada el costo del kWh Los elementos constitutivos de este costo seraacuten en una primera
aproximacioacuten el costo del capital invertido en el sistema el costo de operacioacuten y
mantenimiento y el costo de reposicioacuten de equipos (banco de bateriacuteas) cada cinco antildeos
541 Costo de capital
El costo de capital prorrateado a lo largo de la vida uacutetil de la turbina y actualizando su
valor al momento de la inversioacuten puede evaluarse mediante la siguiente expresioacuten
n)i1(11
iEg
CIECC
++++minusminusminusminus
====
(1)
Donde
CC Costo del capital en [$kWh]
CIE Capital invertido [$] (sin incluir el costo de la bomba centriacutefuga)
Eg Energiacutea eleacutectrica generada en [kWh]
i tasa de intereacutes mensual
n Antildeos de vida uacutetil de la turbina 20 antildeos como estaacutendar de la industria eoacutelica
152
Respecto de la energiacutea generada a lo largo de un antildeo Eg debemos recurrir a una
aproximacioacuten de la energiacutea La forma de llegar a esta estimacioacuten seraacute mediante la siguiente
expresioacuten
7608FCPEg n==== (2)
Donde
Pn Potencia nominal del equipo [kW]
FC Factor de carga
8760 Cantidad de horas en un antildeo
El factor de carga representa el porcentaje de horas que en un antildeo la turbina estaacute entregando
la potencia nominal Este es funcioacuten de la velocidad media del viento de la distribucioacuten de
frecuencias y de la curva caracteriacutestica de la maacutequina Para turbinas de buena calidad la
NASA ha determinado empiacutericamente la siguiente curva para obtener este valor
Figura Factor de carga para aerogeneradores
Como se vio en el capitulo anterior la potencia nominal del equipo es de 15kW y se tiene
para la zona de estudio una velocidad media del viento de 57ms para esta velocidad se
observa en la figura que el factor de carga tiene un valor de 035 ahora se reemplaza este
valor en la ecuacioacuten (2) asiacute
876003515kWEg =
4599kWhEg =
153
Teniendo el valor de Eg se reemplaza este valor en la ecuacioacuten (1) asiacute
20)7911(11
791kWh5994
081181acute24$CC
++++minusminusminusminus
====
$315kWhCC ====
542 Costos de operacioacuten y mantenimiento
Siguiendo ahora con el anaacutelisis de costos de generacioacuten los gastos incurridos en la
operacioacuten y mantenimiento del equipo se consideran que son el 2 del capital total
invertido mientras que en los gastos en impuestos como el IVA (Impuesto de Valor
Agregado) se puede omitir gracias al decreto 2532 de 2001 a las leyes 697 de 2001 y 223
de 1995 que se explicaran en el siguiente capitulo 7 Por lo tanto
020Eg
CIECOM ==== (3)
020kWh5994
081181acute24$COM ====
kWh105$COM ====
543 Costo de reposicioacuten de equipos
Por otro lado el sistema autoacutenomo proveedor de energiacutea eleacutectrica debe disponer de una
fuente de almacenamiento para cubrir los huecos energeacuteticos en diacuteas de calma de viento por
lo que eacuteste debe ser considerado como un integrante maacutes del costo de generacioacuten Asiacute para
el banco de bateriacuteas se tendraacute que su costo prorrateado a lo largo de su vida uacutetil (5antildeos) n
y actualizado al momento de la inversioacuten seraacute
154
n)i1(11
iEg
VBBCRE
++++minusminusminusminus
==== (4)
Donde
CRE Costo del banco de bateriacuteas [$kWh]
VBB Valor del banco de bateriacuteas [$]
5)7911(11
791kWh5994
2516824$CRE
++++minusminusminusminus
====
kWh215$CRE ====
Finalmente el costo total de la unidad de energiacutea generada mediante el aerogenerador
CTEG seraacute la suma de las expresiones anteriores quedando
CRECOMCCCTEG ++++++++==== (5)
kWh)215$105$315($CTEG ++++++++====
kWh635$CTEG ====
CAPITULO 6
6 CONSIDERACIONES AMBIENTALES
Es indudable que cualquier tecnologiacutea produce un impacto sobre el medio ambiente
afectando a la comunidad y siendo en la mayoriacutea de los casos difiacutecil cuantificarlo o no hay
intereacutes en ello pero debe ser evaluado y considerado en toda toma de decisiones Se
analizaraacuten brevemente los diversos aspectos relacionados con la implantacioacuten de sistemas
conversores de energiacutea eoacutelica
61 ASPECTOS POSITIVOS20
Una gran parte de la contaminacioacuten de CO2 a nivel mundial es producido por las plantas
generadoras de electricidad de carboacuten y petroacuteleo
Tabla 44 Emisiones de CO2 en el mundo
Combustible kg de CO2 por GJ kg de CO2 por kg decombustible
Gasolina 73 320Fuelfracciones ligeras del
petroacuteleo74 316
Fracciones pesadas del petroacuteleo 78 315Gas natural (metano) 57 274
Carboacuten 95 233
20 Revista Mundo Eleacutectrico Colombiano No 37 Beneficios e intereses de la energiacutea eoacutelica Paacuteg 95 octubre-diciembre de 1999
156
Si los aerogeneradores desplazan la generacioacuten a carboacuten cada kWh generado por esta
tecnologiacutea evitaraacute lanzar al medio ambiente
bull 5 ndash 8 g de SO2
bull 3 ndash 6 g de NOX
bull 750 ndash 1250 g de CO2
bull 40 ndash 70 g de cenizas y escorias
Las nuevas plantas termoeleacutectricas a carboacuten cuentan con filtros que remueven casi todos los
contaminantes excepto el CO2 que continua saliendo en la misma cantidad Es de anotar
que el CO2 se acumula en la atmoacutesfera y tarda maacutes de 100 antildeos en degradarse
En la actualidad la preocupacioacuten por evitar la destruccioacuten del planeta ha propiciado que
muchos paiacuteses adelanten estudios para lograr una reduccioacuten a mediano plazo de la
produccioacuten de los residuos contaminantes anteriormente mencionados
El maacutes importante de estos estudios se realizoacute basaacutendose en el anaacutelisis hecho por el
Stockholm Enviroment Institute de Boston y un grupo de expertos en diferentes disciplinas
A pesar de utilizar presunciones convencionales en cuanto al crecimiento econoacutemico y
demograacutefico el estudio concluyoacute que es teacutecnicamente factible reducir a la mitad el actual
uso de combustibles foacutesiles para dentro de cuarenta antildeos La utilizacioacuten de petroacuteleo y de
otros combustibles foacutesiles seriacutea abandonados completamente dentro del proacuteximo siglo y la
energiacutea nuclear seriacutea abandonada para el antildeo 2010
El estudio demuestra que una combinacioacuten de mejoras baacutesicas en la eficiencia energeacutetica en
todos los sectores maacutes la introduccioacuten de una gama de energiacuteas renovables como la
energiacutea eoacutelica conduce a reducciones muy significativas en el impacto ambiental de los
combustibles foacutesiles sin ocasionar ninguacuten colapso econoacutemico Esto puede ser una prueba
de que en futuro energeacutetico sin combustibles foacutesiles y sin energiacutea nuclear puede ser una
realidad
157
62 BARRERAS21
621 Impacto visual
El factor visual es el maacutes difiacutecil de cuantificar por que es muy subjetivo algunas personas
objetan al ver los aerogeneradores otras no Los elementos maacutes importantes en el impacto
visual son el tipo de paisaje el nuacutemero de aerogeneradores y la forma en que los
aerogeneradores esteacuten colocados
622 Ruido
El ruido de las turbinas eoacutelicas es generado por componentes mecaacutenicos como es la caja
amplificadora de velocidades o aerodinaacutemicamente por las aspas El ruido puede ser
reducido por un buen disentildeo mantenimiento y aislamiento acuacutestico en el primer caso y con
turbinas de velocidad variable aspas delgadas y disentildeo aerodinaacutemico cuidadoso
Las autoridades puacuteblicas en todo el mundo utilizan la denominada escala dB(A) o
decibelios (A) para cuantificar las medidas de sonido Para tener una idea de la escala se
puede observar la siguiente tabla
Tabla 45 Ejemplo de la escala de decibelios dB(A)
Nivel del
sonido
Umbral de
audibilidad
Susurro Conversacioacuten Trafico
Urbano
Concierto
de rock
Reactor a 10m
de distancia
dB (A) 0 30 60 90 120 150
La escala de decibelios (A) mide la intensidad de sonido en todo el rango de las diferentes
frecuencias audibles (diferentes tonos) y posteriormente utiliza un sistema de ponderacioacuten
21 RODRIacuteGUEZ D Julio M La energiacutea eoacutelica Bogotaacute DC 1992 Universidad Nacional Ingenieriacutea eInvestigacioacuten
158
teniendo en cuenta el hecho de que el oiacutedo humano tiene una sensibilidad diferente a cada
frecuencia de sonido
Figura 35 Propagacioacuten del sonido y distancia
De acuerdo con estaacutendares internacionales los fabricantes de aerogeneradores suelen
especificar niveles teoacutericos de dB(A) que se originan en toda la superficie de la maacutequina y
de su rotor Este nivel suele oscilar entre 65 y 100 dB(A)
623 Uso de terreno
Las experiencias de las granjas eoacutelicas indican que se necesitan de 7 a 12 hectaacutereas por
MW instalado pero no maacutes del 5 de esa aacuterea es usada por las turbinas Sin embargo el
resto del terreno puede seguir siendo usado en labores agriacutecolas
63 PROTOCOLO DE KYOTO
El protocolo de Kyoto es un acuerdo adoptado en la tercera conferencia sobre cambio
climaacutetico de las Naciones Unidas celebrada en diciembre de 1997 en Kyoto(Japoacuten) Por
primera vez se fijaron cuotas para la reduccioacuten de las emisiones de gases causantes del
efecto invernadero Al tiempo que se estableciacutean compromisos se introdujeron los
mecanismos para flexibilizarlos
159
Otros compromisos previstos en este protocolo son
bull Los 38 principales paiacuteses industrializados se comprometen a reducir sus emisiones
de 6 gases perjudiciales para el clima en un 52 por debajo del nivel de 1990 este
objetivo deberaacute ser alcanzado entre el 2008 y 2012
bull Los Estados de Unioacuten Europea deben reducir sus emisiones en un 8 de este
porcentaje se preveacute para Alemania un 21
bull Se introducen nuevos y flexibles instrumentos para la proteccioacuten del clima como el
comercio de emisiones e inversiones en proyectos determinados en paiacuteses
industrializados y en desarrollo apropiados para reducir las emisiones de gases de
efecto invernadero
6311 Conferencias sobre la reduccioacuten de gases de efecto invernadero
bull 1ra Conferencia sobre el cambio climaacutetico
Berliacuten (Alemania) 1995 se firmoacute el llamado ldquoMandato de Berliacutenrdquo por representantes de
160 paiacuteses en donde se establece la voluntad de reducir los gases causantes del efecto
invernadero pero sin compromisos sobre cifras y plazos Se eligioacute la ciudad de Bonn
(Alemania) como sede de la secretariacutea permanente de la convencioacuten marco de la ONU
sobre el cambio climaacutetico
bull 2da Conferencia sobre el cambio climaacutetico
Ginebra (Suiza) 1996 asistieron 150 paiacuteses que asumieron la responsabilidad del factor
humano en el cambio climaacutetico reconociendo la necesidad de fijar un objetivo cuantitativo
para limitar la emisioacuten de gases de efecto invernadero por parte de los paiacuteses
industrializados
bull 3ra Conferencia de Kyoto
Kyoto (Japoacuten) 1997 tambieacuten llamado protocolo de Kyoto asistieron 155 naciones que al
firmar este acuerdo obliga a los paiacuteses industrializados a reducir sus emisiones de gases
dividiendo a estos paiacuteses en 8 grupos y obligando juriacutedicamente a frenar y reducir la
emisioacuten de seis gases que producen el efecto invernadero
160
Se establece que EEUU rebaje un 7 las emisiones de gases contaminantes Japoacuten un 6
la Unioacuten Europea un 8 Rusia un 0 y los Estados de Europa central y Oriental un 8
Estos gases son
CO2
Metano
Oacutexido nitroso
Hidrofluorocarbono
Perfluorocarbono
Sulfuro hexafluoruro
bull 4ta Conferencia de las partes de la convencioacuten marco sobre el cambio climaacutetico
Representantes de 170 paiacuteses aplazan hasta el antildeo 2000 la puesta en marcha del
Mecanismo de Desarrollo Limpio (MDL) acordado en el protocolo de Kyoto acordando
tambieacuten la presencia de organizaciones no gubernamentales en oacuterganos de negociacioacuten de
la convencioacuten del clima
bull 5ta Conferencia del clima
Bonn (Alemania) 1999 acuden 4000 delegados de 166 paiacuteses en donde se ponen en
evidencia las diferencias entre los paiacuteses industrializados y las naciones en desarrollo
bull 6ta Conferencia del clima
La Haya (Holanda) 2000 La reunioacuten fue un fracaso y se suspendioacute sin ninguacuten acuerdo
para precisar los mecanismos de aplicacioacuten del Protocolo de Kyoto los sumideros de
carbono el comercio de los derechos de emisioacuten y la financiacioacuten del mecanismo de
desarrollo limpio
bull 7ta Conferencia del clima (2ordf parte)
Bonn (Alemania) 2001 en esta reunioacuten se planteoacute la disyuntiva de si se enterraba o no el
protocolo de Kyoto este se salvoacute finalmente al anunciar la Unioacuten Europea que iba a
ratificarlo postura a la que se unioacute Japoacuten Sin embargo los EEUU se quedaron aislados
161
64 MECANISMOS DE DESARROLLO LIMPIO22
641 Gases de efecto invernadero
Entre los asuntos que se discutieron con mayor detenimiento y profundidad durante al
conferencia de Riacuteo de Janeiro de las Naciones Unidas sobre ldquoMedio Ambiente y
Desarrollordquo en 1992 y que fue objeto de la mayor preocupacioacuten figura la referente al
ldquoCambio climaacutetico globalrdquo De alliacute surgioacute la Convencioacuten de las Naciones Unidas sobre el
ldquoCambio Climaacuteticordquo suscrita por maacutes de 150 paiacuteses y vigente desde marzo de 1994
A traveacutes de este documento los paiacuteses signatarios se comprometieron a realizar los
inventarios de las fuentes y sumideros de los gases de efecto invernadero (GEI) asiacute como
adelantar programas de mitigacioacuten y a recopilar y dar a conocer informaciones
concernientes a las implementaciones que resultaren necesarias para cumplir con este
propoacutesito internacional
Por otra parte los paiacuteses industrializados a traveacutes de la misma convencioacuten asumieron el
liderazgo en la orientacioacuten de los esfuerzos para lograr la mitigacioacuten de los GEI y
proporcionar ayuda financiera a los paiacuteses en desarrollo que les permita cubrir los costos
que implique la realizacioacuten sobre los informes de la misma materia asiacute como los
incrementos de los costos para las implementaciones que decidan previo acuerdo mutuo
los paiacuteses en desarrollo y los paiacuteses industrializados en cumplimiento de los mismos
compromisos
La Convencioacuten Marco de las Naciones Unidas sobre el Cambio Climaacutetico (CMNUCC)
suscrita por 155 paiacuteses en Riacuteo de Janeiro (Brasil) en 1992 tiene como objetivo la
ldquoestabilizacioacuten de las concentraciones de los gases de efecto invernadero en la atmoacutesfera a
22 VERA O Carlos A Estudio de energizacioacuten rural con fuentes alternativas municipio de San Jose delGuaviare Bogotaacute DC 2001 Trabajo de grado (Ingeniero Electricista) Universidad de la Salle Facultad deIngenieriacutea Eleacutectrica
162
un nivel tal que se puedan evitar interferencias antropogeacutenicas peligrosas para el sistema
climaacuteticordquo (Art 2)
Las directrices para alcanzar esta meta incluyen que todos los paiacuteses que suscribieron el
convenio ldquodeberiacutean proteger el sistema climaacutetico para el beneficio de las generaciones
presentes y futuras de la humanidad sobre la base de la equidad y de acuerdo con sus
responsabilidades comunes pero diferenciadas y su respectiva capacidadrdquo y que ldquolas partes
deberiacutean tomar medidas preventivas para anticipar prevenir o minimizar las causas del
cambio climaacutetico y mitigar sus efectos adversosrdquo (Art 3)
Colombia adopto la CMNUCC el 9 de mayo de 1992 y el Congreso Nacional la aproboacute por
ley 164 de 1995 La Corte Suprema de Justicia la considero exequible y fue ratificada el 22
de marzo de 1995 entroacute en vigencia para el paiacutes el 20 de junio de 1995 Como paiacutes no
perteneciente al Anexo 1 tiene los compromisos generales establecidos para todas las
naciones que suscribieron la CMNUCC
Los paiacuteses industrializados del Anexo 1 estaacuten comprometidos a suministrar recurso
financieros para asistir a los paiacuteses en desarrollo en la preparacioacuten de sus
comunicaciones nacionales y transferir tecnologiacutea para que los paiacuteses en desarrollo
puedan cumplir con la implementacioacuten de sus programas de reduccioacuten de emisiones23
Dentro de este contexto la Academia Colombiana de Ciencias Exactas Fiacutesicas y Naturales
(ACCEFN) con el apoyo de la Sociedad Alemana de Cooperacioacuten Teacutecnica (GTZ) y el
aval del Ministerio del Medio Ambiente realizo durante 1995 y 1996 el inventario de
gases de efecto invernadero- Colombia 1990 Durante 1998 la ACCEFN realizo el estudio
Opciones para la reduccioacuten de emisiones de gases de efecto invernadero en Colombia
1998-2010
23 Estudio de estrategia nacional para la implementacioacuten de mecanismos de desarrollo limpio para Colombia
163
642 Emisiones de CO2
El total de CO2 emitido en Colombia en 1990 fue de 167046Gg es decir una emisioacuten
anual per capita de 52 Tonhab Las principales fuentes fueron Cambio de Uso de la Tierra
y silvicultura especialmente tala y quema del bosque y Sector Energiacutea (quema de
combustibles)
Los sectores que presentaron una mayor participacioacuten en la emisioacuten de CO2 por el consumo
de combustibles foacutesiles (45448Gg) fueron el transporte con 328 energiacutea e industrias de
transformacioacuten con 302 y la industria manufacturera con 233 Estos tres sectores
tienen una participacioacuten del 863 en la generacioacuten de emisiones de CO2
0
5
10
15
20
25
30
35TransporteEnergiacuteaIndustria manofactureraResidencialOtrosComercialIndustrialConstruccioacuten
Figura 36 Emisiones sectoriales de CO2 en Colombia para 1990
643 Evolucioacuten de los mecanismos de Kyoto en las negociaciones de cambio
climaacutetico
En la tercera conferencia de las partes en Kyoto (Japoacuten) los paiacuteses lograron introducir
sistemas de derechos negociables los llamaron Mecanismos de Flexibilidad con el
objetivo de reducir sus costos de cumplir las metas de reduccioacuten de Gases Efecto
Invernadero (GEI)
164
Los costos de cumplimiento de las metas en ausencia de los mecanismos son altos Para
EEUU por ejemplo el costo incremental llegaraacute a US$76 por la uacuteltima tonelada de CO2
reducida Japoacuten enfrenta un costo en casa de US$239
Posteriormente estos niveles de precios fueron corregidos por las incertidumbres sobre la
entrada en vigencia del protocolo la probabilidad que los Certificados de Reduccioacuten de
Emisiones (CRE) se puedan transferir por una tasa de intereacutes del 5 para reflejar el costo
de oportunidad de realizar una inversioacuten hoy El rango de precios resultante fue 19
US$Ton CO2 Hasta la fecha se han aprobado 114 proyectos dentro de la fase piloto de las
actividades implementadas conjuntamente desde que empezoacute el programa en abril de 1995
El intereacutes general y objetivo de Kyoto frente al mecanismo de Desarrollo Limpio (MDL)
es promover el desarrollo sostenible en paiacuteses en viacutea de desarrollo y ayudar a los paiacuteses
industrializados a alcanzar sus metas de reduccioacuten de emisiones
65 LICENCIA AMBIENTAL PARA EL PROYECTO
Las autoridades competentes que expiden la licencia ambiental necesaria para llevar a cabo
un proyecto de estas caracteriacutesticas dependiendo de la jurisdiccioacuten en que estas tengan
derechos son las Corporaciones Autoacutenomas Regionales (ver anexo 6)
La Corporacioacuten Autoacutenoma Regional que tiene bajo su jurisdiccioacuten la vereda Tibista zona
rural del municipio de Saboyaacute es la CAR (Corporacioacuten Autoacutenoma Regional de
Cundinamarca) regional Ubateacute-Suaacuterez seccional Chiquinquiraacute esta seccional exige el
diligenciamiento de una solicitud de licencia ambiental (ver anexo 7) y posteriormente una
visita de sus funcionarios que observaraacuten el sitio del montaje de los equipos para obtener la
aprobacioacuten final de la licencia
CAPITULO 7
7 MARCO LEGAL Y TRIBUTARIO
Para entender mejor lo que se podraacute presentar en Colombia con respecto a los impuestos y
exenciones tributarias se debe conocer lo que sucede en otros paiacuteses del mundo en la
materia
71 INCENTIVOS INTERNACIONALES PARA LA ENERGIacuteA EOacuteLICA24
Particularmente en paiacuteses industrializados y de acuerdo con el protocolo de Kyoto
diversos gobiernos han implementado o planean implementar poliacuteticas e incentivos para
promover el desarrollo de energiacuteas limpias
711 Incentivos fiscales
Dentro de esta categoriacutea se encuentran los incentivos de inversioacuten particularmente los
impuestos de creacuteditos de inversioacuten son usualmente maacutes bajos al reducirse estos bajan los
costos del inversionista por medio de su ahorro
712 Depreciacioacuten acelerada
La depreciacioacuten acelerada de un equipo eoacutelico (por ejemplo alcanzando el 100 de
depreciacioacuten de una turbina en el primer antildeo de operacioacuten) bajaraacute significativamente la
24 OROZCO P Andreacutes Viabilidad teacutecnica y econoacutemica de la instalacioacuten de granjas eoacutelicas para suministro deenergiacutea eleacutectrica en Colombia Bogotaacute DC 1999 Trabajo de grado (Ingeniero Eleacutectrico) Universidad de losAndes Facultad de Ingenieriacutea Eleacutectrica
166
cantidad de impuestos pagados durante el estado inicial del proyecto esto alivia en parte
los elevados costos de capital al inicio de una planta eoacutelica
713 Subsidios
Existen muchas razones por las que el pago en efectivo puede ayudar a la promocioacuten de la
energiacutea eoacutelica muchas veces el pago de efectivo para la instalacioacuten de un sistema de
energiacutea eoacutelica es maacutes beneacutefico a un potencial inversor que tiene una renta de base limitada
para tomar completa ventaja de un creacutedito de inversioacuten Este tipo de incentivo ayuda a un
inversor privado al reducir el gravamen ya que la porcioacuten subsidiada de la planta de
potencia no es grabada
714 Pagos en efectivo por kWh
Estos pagos son similares en naturaleza a los subsidios de inversioacuten aunque el gobierno
paga al generador una cierta cantidad de dinero por kWh producido este incentivo no
solamente ayuda a un inversionista a construir un parque eoacutelico sino que estimula la
produccioacuten de electricidad
715 Exenciones arancelarias
Son otras formas de incentivos a la inversioacuten los gobiernos pueden reducir o eliminar la
cantidad de aranceles para la importacioacuten de la turbina esto baja efectivamente el costo de
capital y el costo inicial del proyecto ya que la mayoriacutea de los costos de un proyecto eoacutelico
provienen de la inversioacuten de capital inicial
716 Renuncia del uso de derechos impuestos de propiedad de la tierra
Se usa para reducir los costos involucrados con la inversioacuten inicial de un parque eoacutelico
Una cantidad significativa de tierra es necesaria para el desarrollo de un proyecto grandes
167
cantidades de tierra estaacuten asociadas con impuestos maacutes altos o derechos por el uso de esa
tierra ademaacutes en muchas instancias los impuestos de propiedad estaacuten basados en el valor
de las facilidades sobre la propiedad Comparada con plantas de combustible foacutesil las
plantas eoacutelicas estaacuten valoradas en una tasa mucho mayor y estaacuten sujetas a pagar maacutes altos
impuestos eliminando o reduciendo los derechos o impuestos sobre la tierra donde se ubica
la granja eoacutelica se bajaran los costos del proyecto
72 FINANCIACIOacuteN
La energiacutea renovable para muchas instituciones es considerada de alto riesgo debido a la
cualidad intermitente de la fuente de energiacutea muchos gobiernos garantizan preacutestamos dan
subsidio efectivamente maacutes bajos que las tasas de intereacutes que los inversionistas deben
pagar u ofrecen preacutestamos de bajo intereacutes Estos incentivos financieros para inversiones de
capital ayudan a aliviar los pagos que el operador del parque debe pagar en los primeros
antildeos del proyecto
73 REGULACIONES AMBIENTALES
731 Emisiones normalizadas
Muchas naciones desarrolladas que tienen poliacuteticas concernientes a la degradacioacuten
ambiental han formulado una serie de normas acerca de las emisiones para elevar la
calidad del aire a traveacutes de sus paiacuteses Estas medidas usualmente se representan en la forma
de capas de emisioacuten donde un cierto nivel de polucioacuten es permitido por la ley y maacutes allaacute de
este se toma alguna medida punitiva
732 Impuestos de emisioacuten
Muchos paiacuteses han desincentivado la construccioacuten y operacioacuten de plantas de potencia
polucionales tomando en cuenta impuestos sobre emisiones entre maacutes emisiones se
168
presentan en la atmoacutesfera se deben pagar maacutes impuestos La reduccioacuten de las emisiones a
un nivel oacuteptimo puede no ser el eacutexito primario de los impuestos sin embargo se elevan las
rentas estatales que pueden ser usadas para prevenir o controlar otros dantildeos al medio
ambiente o para implementar fuentes de energiacutea limpia
733 Raacutepida aprobacioacuten de proyectos ambientales
Esta poliacutetica se da para incentivar los proyectos energeacuteticos renovables en la medida en
que los proyectos son maacutes raacutepidamente aprobados maacutes raacutepido se puede comenzar a
construir y obtener beneficios
74 PROGRAMAS VOLUNTARIOS
741 Eliminacioacuten de subsidios para el combustible convencional
Muchos gobiernos subsidian en una forma u otra el combustible convencional como Diesel
Esos subsidios bajan artificialmente los costos asociados con generacioacuten de potencia
convencional Eliminando estos subsidios la energiacutea renovable seraacute maacutes competitiva y en
algunos casos menos costosa que la convencional
75 PAIacuteSES EN LOS QUE SE ESTIMULA EL USO DE ENERGIacuteA EOacuteLICA Y TIPO
DE ESTIacuteMULO25
bull Alemania Subsidios financiacioacuten subsidian en efectivo y precios preferenciales
depreciacioacuten acelerada reducciones y exenciones sobre los costos del inversor
rebajas en impuestos
25 OROZCO P Andreacutes Viabilidad teacutecnica y econoacutemica de la instalacioacuten de granjas eoacutelicas para suministro deenergiacutea eleacutectrica en Colombia p 97 Bogotaacute DC 1999 Trabajo de grado (Ingeniero Eleacutectrico) Universidadde los Andes Facultad de Ingenieriacutea Eleacutectrica
169
bull Argentina Presenta como incentivos fiscales la renuncia a los deberes de
importacioacuten
bull Brasil Exencioacuten de los impuestos temporales ademaacutes otorga creacuteditos a la
produccioacuten
bull Canadaacute Incentivos a los impuestos de inversioacuten
bull China Reduccioacuten de los deberes tributarios del inversionista reembolso de los
impuestos de renta y aprobacioacuten raacutepida de los proyectos ambientales
bull Dinamarca Subsidios en parte de los costos creacuteditos subsidios en efectivo
ademaacutes se presentan impuestos al carboacuten
bull Estados Unidos Creacuteditos de inversioacuten creacuteditos en efectivo a la produccioacuten con
respecto al medio ambiente se tienen en cuenta impuestos a la emisioacuten
bull Filipinas Exenciones en deberes a los inversionistas
bull Francia Como regulaciones ambientales el paiacutes cuenta con impuestos a las
emisiones
bull Gran Bretantildea Contratos a largo teacutermino
bull Holanda Depreciacioacuten acelerada impuestos al carboacuten
bull Indonesia Subsidios de capital
bull Italia Precio preferencial contratos a largo teacutermino
bull Japoacuten Impuestos a la emisioacuten
bull Meacutexico Depreciacioacuten acelerada
76 REGULACIOacuteN DE LAS ENERGIacuteAS ALTERNATIVAS EN COLOMBIA
En Colombia se promueve y se estimula el uso de fuentes alternativas de energiacutea por
medio de las disposiciones que adopta el gobierno nacional a traveacutes de sus entidades
gubernamentales de la siguiente manera
170
761 Ley 697 de octubre de 2001
LeyNo Proyecto De Ley Autor Ponentes
697Mediante el cual se fomenta el uso racional y eficientede la energiacutea se promueve la utilizacioacuten de energiacuteas
alternativas y se dictan otras disposiciones
SamuelMorenoRojas
Manuel GuillermoInfante Hugo Serrano
German Rojas
Esta ley a traveacutes de los artiacuteculos 1deg 2deg 4deg 7deg 9deg y 10deg promueve el uso racional de
energiacutea como la utilizacioacuten de las fuentes renovables Asiacute
Artiacuteculo 1deg Declaacuterase el Uso Racional y Eficiente de la Energiacutea (URE) como un asunto de
intereacutes social puacuteblico y de conveniencia nacional fundamental para asegurar el
abastecimiento energeacutetico pleno y oportuno la competitividad de la economiacutea colombiana
la proteccioacuten al consumidor y la promocioacuten del uso de energiacuteas no convencionales de
manera sostenible con el medio ambiente y los recursos naturales
Artiacuteculo 2deg El Estado debe establecer las normas e infraestructura necesarias para el cabal
cumplimiento de la presente ley creando la estructura legal teacutecnica econoacutemica y
financiera necesaria para lograr el desarrollo de proyectos concretos URE a corto
mediano y largo plazo econoacutemica y ambientalmente viables asegurando el desarrollo
sostenible al tiempo que generen la conciencia URE y el conocimiento y utilizacioacuten de
formas alternativas de energiacutea
Artiacuteculo 4deg Entidad responsable El Ministerio de Minas y Energiacutea seraacute la entidad
responsable de promover organizar asegurar el desarrollo y el seguimiento de los
programas de uso racional y eficiente de la energiacutea de acuerdo a lo dispuesto en la presente
ley y cuyo objetivo es
1 Promover y asesorar los proyectos URE presentados por personas naturales o
juriacutedicas de derecho puacuteblico o privado de acuerdo con los lineamientos del
programa de Uso Racional y Eficiente de la Energiacutea y demaacutes formas de energiacutea no
convencionales (PROURE) estudiando la viabilidad econoacutemica financiera
tecnoloacutegica y ambiental
2 Promover el uso de energiacuteas no convencionales dentro del programa de Uso
Racional y Eficiente de la Energiacutea y demaacutes formas de Energiacutea no Convencionales
(PROURE) estudiando la viabilidad tecnoloacutegica ambiental y econoacutemica
171
Artiacuteculo 7deg Estiacutemulos y sanciones
1 Para la investigacioacuten El Gobierno Nacional propenderaacute por la creacioacuten de
programas de investigacioacuten en el Uso Racional y Eficiente de la Energiacutea a traveacutes de
Colciencias seguacuten lo establecido en la Ley 29 de 1990 y el Decreto 393 de 1991
2 Para la educacioacuten El Icetex beneficiaraacute con el otorgamiento de preacutestamos a los
estudiantes que quieran estudiar carreras o especializaciones orientados en forma
especiacutefica a aplicacioacuten en el campo URE
3 Reconocimiento Puacuteblico El Gobierno Nacional crearaacute distinciones para personas
naturales o juriacutedicas que se destaquen en el aacutembito nacional en aplicacioacuten del URE
las cuales se otorgaraacuten anualmente El Ministerio de Minas y Energiacutea daraacute amplio
despliegue a los galardonados en los medios de comunicacioacuten maacutes importantes del
paiacutes
4 Generales El Gobierno Nacional estableceraacute los incentivos e impondraacute las
sanciones de acuerdo con el programa de uso racional y eficiente de la energiacutea y
demaacutes formas de energiacutea no convencionales de acuerdo a las normas legales
vigentes
Artiacuteculo 9deg Promocioacuten del uso de fuentes no convencionales de energiacutea El Ministerio de
Minas y Energiacutea formularaacute los lineamientos de las poliacuteticas estrategias e instrumentos para
el fomento y la promocioacuten de las fuentes no convencionales de energiacutea con prelacioacuten en las
zonas no interconectadas
Artiacuteculo 10degdegdegdeg El Gobierno Nacional a traveacutes de los programas que se disentildeen incentivaraacute y
promoveraacute a las empresas que importen o produzcan piezas calentadores paneles solares
generadores de biogaacutes motores eoacutelicos yo cualquier otra tecnologiacutea o producto que use
como fuente total o parcial las energiacuteas no convencionales ya sea con destino a la venta
directa al puacuteblico o a la produccioacuten de otros implementos orientados en forma especiacutefica a
proyectos en el campo URE de acuerdo a las normas legales vigentes
762 Ley 223 de diciembre de 1995
Ley No Entidad Emisora Fecha
223 Congreso de la Repuacuteblica Diciembre 20 de 1995
172
Con esta ley a traveacutes de su artiacuteculo 4to se excluye del impuesto de valor agregado (IVA) a
equipos destinados a promover las energiacuteas renovables Asiacute
Articulo 4deg Bienes excluidos del impuesto Quedan excluidos del IVA los siguientes
bienes
Numeral 4 Los equipos y elementos nacionales o importados que se destinen a la
construccioacuten instalacioacuten montaje y operacioacuten de sistemas de control y monitoreo
necesarias para el cumplimiento de las disposiciones regulaciones y estaacutendares ambientales
vigentes para la cual deberaacute acreditarse tal condicioacuten ante el Ministerio del Medio
Ambiente
763 Decreto 2532 de noviembre de 2001
Decreto No Entidad Emisora Fecha
2532 Ministerio de Hacienda y Creacutedito Publico Noviembre 27 de 2001
Este decreto al igual que la ley 223 de 1995 a traveacutes de los artiacuteculos 1deg 2deg 3deg y 4deg
excluye del impuesto de valor agregado (IVA) a los equipos de energiacuteas alternativas Asiacute
Artiacuteculo 1ordm Requisitos para solicitar la exclusioacuten de Impuesto sobre las Ventas El
Ministerio del Medio Ambiente mediante resolucioacuten estableceraacute la forma y requisitos como
han de presentarse a su consideracioacuten las solicitudes de calificacioacuten de que tratan los
artiacuteculos 424-5 numeral 4ordm y 428 literal f del Estatuto Tributario con miras a obtener la
exclusioacuten de Impuesto sobre las ventas correspondiente
Artiacuteculo 2ordm Definicioacuten de sistema de control ambiental sistema de monitoreo ambiental y
programa ambiental Para efectos de lo dispuesto en el artiacuteculo 424-5 numeral 4 y 428
literal f del Estatuto Tributario se adoptan las siguientes definiciones
1 Sistema de control ambiental Es el conjunto ordenado de equipos elementos o
maquinaria nacionales o importados seguacuten sea el caso que se utilizan para el
desarrollo de acciones destinadas al logro de resultados medibles y verificables de
disminucioacuten de la demanda de recursos naturales renovables o de prevencioacuten yo
reduccioacuten del volumen yo mejoramiento de la calidad de residuos liacutequidos
173
emisiones atmosfeacutericas o residuos soacutelidos Los sistemas de control pueden darse al
interior de un proceso o actividad productiva lo que se denomina control ambiental
en la fuente yo al finalizar el proceso productivo en cuyo caso se hablaraacute de
control ambiental al final del proceso
2 Sistema de monitoreo ambiental Es el conjunto sistemaacutetico de elementos
equipos o maquinaria nacionales o importados seguacuten sea el caso destinados a la
obtencioacuten verificacioacuten o procesamiento de informacioacuten sobre el estado calidad o
comportamiento de los recursos naturales renovables variables o paraacutemetros
ambientales vertimientos residuos yo emisiones
3 Programa ambiental Es el conjunto de acciones orientadas al desarrollo de los
planes y poliacuteticas ambientales nacionales previstas en el Plan Nacional de
Desarrollo yo formuladas por el Ministerio del Medio Ambiente asiacute como tambieacuten
las que correspondan a la implementacioacuten de los planes ambientales regionales
definidos por las autoridades ambientales Dichas acciones deben ajustarse a los
objetivos de los sistemas de control y monitoreo ambiental definidos conforme con
el presente decreto
Artiacuteculo 3ordm Elementos o equipos que son objeto del beneficio tributario previsto en el
artiacuteculo 424-5 numeral 4ordm El Ministerio del Medio Ambiente certificaraacute en cada caso los
elementos equipos y maquinaria que de conformidad con el artiacuteculo 424-5 numeral 4 del
Estatuto Tributario esteacuten destinados a la construccioacuten instalacioacuten montaje y operacioacuten de
sistemas de control y monitoreo ambiental para el cumplimiento de las disposiciones
regulaciones y estaacutendares ambientales vigentes
Artiacuteculo 4ordm Exclusioacuten del IVA en aplicacioacuten del artiacuteculo 428 literal f del Estatuto
Tributario El Ministerio del Medio Ambiente certificaraacute en cada caso que la maquinaria y
equipo a que hace referencia el artiacuteculo 428 literal f del Estatuto Tributario sea destinada a
sistemas de control ambiental y especiacuteficamente a reciclar y procesar basuras o
desperdicios (la maquinaria comprende lavado separado reciclado y extrusioacuten) para la
depuracioacuten o tratamiento de aguas residuales emisiones atmosfeacutericas o residuos soacutelidos
para recuperacioacuten de los riacuteos o el saneamiento baacutesico para lograr el mejoramiento del
medio ambiente siempre y cuando hagan parte de un programa que se apruebe por el
174
Ministerio del Medio Ambiente asiacute como sobre los equipos para el control y monitoreo
ambiental incluidos aquellos para cumplir los compromisos del Protocolo de Montreal
8 CONCLUSIONES
Gracias a la realizacioacuten del presente trabajo se pudo determinar que la utilizacioacuten de la
energiacutea eoacutelica para la generacioacuten de energiacutea eleacutectrica en zonas donde exista el potencial
eoacutelico suficiente en todo el territorio nacional es una alternativa que puede ser confiable
desde el punto de vista teacutecnico para las zonas apartadas del paiacutes que no esteacuten conectadas al
sistema interconectado nacional Esto se debe a que el desarrollo constante de la tecnologiacutea
hace que los sistemas conversores de energiacutea eoacutelica sean cada vez maacutes eficientes
Se determinoacute un lugar especiacutefico en el cual se aplicoacute la utilizacioacuten de la energiacutea eoacutelica
dicho lugar fue la Vereda Tibista zona rural del Municipio de Saboyaacute ubicado en el
departamento de Boyacaacute se encontroacute que esta zona presenta un potencial eoacutelico suficiente
del orden de 57ms lo que hace posible la instalacioacuten de un aerogenerador de 15kW con
respaldo de un banco de bateriacuteas Se dejoacute un sistema flexible el cual pueda estar sometido a
futuras ampliaciones o conexiones de equipos agriacutecolas como lo son equipos de ordentildeo
para ganado sistemas automaacuteticos de riego bebedores automaacuteticos para ganado
invernaderos motosierras etc Todo esto con el fin de tener autosuficiencia es decir que
se pueda generar su propia energiacutea eleacutectrica
Dentro del desarrollo del trabajo se encontroacute un buen nuacutemero de fabricantes
internacionales de aerogeneradores de baja potencia principalmente en Estados Unidos y
Espantildea En Colombia existen empresas como AQUAIRE ECOPRODUCTOS COHISCOL
LTDA que se dedican a la importacioacuten de estos equipos para todo el territorio nacional
Desde el punto de vista econoacutemico el proyecto no es atractivo para este lugar especifico
debido al bajo costo del kWh que suministra EBSA Este proyecto seriacutea maacutes rentable si se
realizara en zonas no interconectadas comparaacutendolo con otras alternativas como los es la
177
generacioacuten con un equipo diesel o haciendo la comparacioacuten con el costo que se generariacutea
tender redes del sistema de transmisioacuten nacional
En el estudio econoacutemico realizado al sistema conversor de energiacutea eoacutelica se tuvieron en
cuenta tres alternativas de inversioacuten diferentes tomando en cuenta ciertos aspectos como
una inversioacuten inicial baja y una financiacioacuten a 24 36 y 60 meses del valor restante de los
equipos a traveacutes de una entidad bancaria
Escogiendo asiacute la alternativa maacutes econoacutemica y rentable esto con el fin de plantear una
solucioacuten para un posible inversionista y dejar en claro que la opcioacuten de generar energiacutea
eleacutectrica a traveacutes de un sistema conversor de energiacutea eoacutelica es tambieacuten una solucioacuten
factible A pesar de las caracteriacutesticas anteriores resultariacutea maacutes rentable si se tuviera un
aerogenerador de mayor capacidad y se conectaran varios usuarios a dicho sistema
El mercado y las nuevas tecnologiacuteas asiacute como la necesidad de un futuro en que la
generacioacuten de energiacutea eleacutectrica sea una industria que no termine con los recursos naturales
y por otra parte aporte a la conservacioacuten del medio ambiente hace que los paiacuteses
desarrollados se fortalezcan en perfeccionar las tecnologiacuteas de fabricacioacuten de los sistemas
conversores de energiacutea eoacutelica y por ende sea maacutes factible econoacutemicamente su aplicacioacuten en
paiacuteses en proceso de desarrollo tecnoloacutegicamente como lo es Colombia Por todo ello se
logra cumplir el objetivo primordial que se busca en la presentacioacuten de este proyecto
suministrar de manera eficaz en la vereda Tibista zona rural de Saboyaacute energiacutea eleacutectrica
por medio de un aerogenerador de baja potencia sin alterar el ecosistema natural
Ademaacutes se tiene que Colombia en su marco regulatorio de las energiacuteas renovables cuenta
con ciertas leyes como lo son la ley 697 de octubre de 2001 223 de diciembre de 1995 y
el decreto 2532 de noviembre de 2001 que fomentan el uso racional de energiacutea y permiten
la exencioacuten del pago de algunos impuestos sobre la importacioacuten de equipos que esteacuten
destinados a instalaciones que utilicen energiacuteas alternativas
177
Es necesario que el gobierno tome medidas para la disminucioacuten del costo de importacioacuten de
materiales para los diferentes tipos de energiacutea alternativa buscando ofrecer al paiacutes nuevas
opciones de uso y aprovechamiento de energiacuteas limpias
Tambieacuten se establecioacute que el aumento progresivo y creacioacuten de nuevos impuestos no
convierte en una oportunidad viable la importacioacuten de nuevas alternativas en el sector
eleacutectrico por el contrario ello dificulta y atrasa la utilizacioacuten de fuentes renovables en el
paiacutes creando un riesgo en el beneficio de dichas fuentes Sin embargo se espera que en el
transcurrir del tiempo esta tecnologiacutea se expanda y evolucione reduciendo los costos de
fabricacioacuten y se logre que la importacioacuten del producto ya terminado como de las materias
primas sea maacutes atractiva haciendo posible en un futuro la fabricacioacuten y ensamblaje en el
paiacutes
9 RECOMENDACIONES
Para determinar la viabilidad teacutecnica en un sitio determinado es necesario realizar las
mediciones a nivel vertical sobre dicho sitio mas exactamente a 10m de la superficie como
miacutenimo ya que la velocidad del viento varia con la altura y con la posicioacuten de obstaacuteculos
alrededor del lugar Ademaacutes implementar el desarrollo de programas de valorizacioacuten del
recurso eoacutelico en lugares donde sea viable el estudio logrando asiacute una posible
implementacioacuten de los sistemas conversores de energiacutea eoacutelica tanto para generar energiacutea
eleacutectrica como para sistemas de aerobombeo
Utilizar fuentes no convencionales de energiacutea como lo puede ser la energiacutea eoacutelica la
energiacutea solar la biomasa etc para electrificar zonas donde la red eleacutectrica no exista por su
alto costo o por su difiacutecil acceso tambieacuten se recomienda utilizar estas fuentes de energiacutea en
sistemas donde es importante tener una continuidad en el servicio como por ejemplo
sistemas de comunicaciones y microondas
Buscar por medio de los gobiernos municipales departamentales y del gobierno nacional
la eliminacioacuten de impuestos estos por lo menos durante la mitad de la vida uacutetil del
aerogenerador ya que ello ayudariacutea a disponer de creacuteditos blandos para una futura
implementacioacuten Estas liacuteneas de creacutedito y financiacioacuten deben ser a largo plazo y un intereacutes
maacutes bajo que el manejado a nivel bancario logrando asiacute hacer una recuperacioacuten de capital
maacutes pronto y por ello haciendo maacutes llamativa la inversioacuten
Crear programas de investigacioacuten con otras facultades o entidades gubernamentales que
permitan realizar proyectos enfocados hacia la preservacioacuten de los recursos no renovables y
del medio ambiente utilizando las energiacuteas no convencionales
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Anexo 2 Ubicacioacuten geograacutefica de la estacioacuten metereoloacutegicaldquoALTO SABOYAacuterdquo
Anexo 3 Regiacutemenes de vientos de la estacioacuten ldquoALTO SABOYAacuterdquo de antildeos anteriores a 1997
Anexo 4 Tarifas de energiacutea eleacutectrica para Boyacaacute y Casanare durante el mes de mayo de 2002
RANGO DE Subsidio (-) oacute NIVEL DE TENSION
ESTRATO CONSUMO TARIFA CU(1) Contribucioacuten (2) CONCEPTO TARIFA Contribucioacuten (2) TARIFA Subsidio1 Entre 1 y 200 kWh 11287 22574 -50 NIVEL DE TENSION 1 (menor a 1 kilovoltio)
(Bajo Bajo) Mayor de 200 kWh 22574 22574 0 ACTIVA PLANA (00 a 24 horas) 27088 20 22574 02 Entre 1 y 200 kWh 13544 22574 -40 - Distritos o Asociaciones de Riego -- -- 11287 -50
(Bajo) Mayor de 200 kWh 22574 22574 0 ACTIVA DIFERENCIAL DOBLE (Una Punta)3 Entre 1 y 200 kWh 19188 22574 -15 - Horas Punta (17 a 21 horas) 32968 20 27473 0
(Medio Bajo) Mayor de 200 kWh 22574 22574 0 - Horas Fuera de Punta (00 a 17 y 21 a 24 horas) 24605 20 20504 04 ACTIVA DIFERENCIAL DOBLE (Dos Puntas)
(Medio) - Horas Punta (09 a 12 y 18 a 21 horas) 29355 20 24462 05 - Horas Fuera de Punta (00 a 09 12 a 18 y 21 a 24 horas) 24880 20 20734 0
(Medio Alto) ACTIVA DIFERENCIAL TRIPLE6 - Horas Demanda Miacutenima (00 a 05 horas) 22823 20 19019 0
(Alto) - Horas Demanda Media (05 a 17 y 21 a 24 horas) 25199 20 20999 0- Horas Demanda Maacutexima (17 a 21 horas) 32968 20 27473 0
RANGO DE Subsidio (-) oacute REACTIVA (00 a 24 horas) 27088 20 22574 0 ESTRATO CONSUMO TARIFA CU(1) Contribucioacuten (2) NIVEL DE TENSION 2 (entre 1 y 30 kilovoltios)
1 2 3 y 4 Mayor de 0 kWh 22574 22574 0 ACTIVA PLANA (00 a 24 horas) 21208 20 17674 0 5 y 6 Mayor de 0 kWh 27088 22574 20 - Distritos o Asociaciones de Riego -- -- 8837 -50
ACTIVA DIFERENCIAL DOBLE (Una Punta)COMPONENTES DEL COSTO UNITARIO DE PRESTACION DEL SERVICIO - Horas Punta (17 a 21 horas) 23778 20 19815 0
- Horas Fuera de Punta (00 a 17 y 21 a 24 horas) 20199 20 16832 0ACTIVA DIFERENCIAL DOBLE (Dos Puntas)- Horas Punta (09 a 12 y 18 a 21 horas) 22458 20 18715 0
Concepto Nivel Tensioacuten 1 2 3 4 - Horas Fuera de Punta (00 a 09 12 a 18 y 21 a 24 horas) 20241 20 16868 0 Generacioacuten G mt 5785 5785 5785 5785 ACTIVA DIFERENCIAL TRIPLE Transmisioacuten T mtz 1569 1569 1569 1569 - Horas Demanda Miacutenima (00 a 05 horas) 18878 20 15732 0 Peacuterdidas Reconocidas PR nt 1475 710 506 353 - Horas Demanda Media (05 a 17 y 21 a 24 horas) 20639 20 17199 0 Distribucioacuten D nm 8360 4170 2407 1070 - Horas Demanda Maacutexima (17 a 21 horas) 23778 20 19815 0 Otros Costos O mt 1358 1358 1358 1358 REACTIVA (00 a 24 horas) 21208 20 17674 0 Comercializacioacuten C mt 4229 4229 4229 4229 NIVEL DE TENSION 3 (entre 30 y 62 kilovoltios)
Costo Unitario CU nmt 22574 17674 15740 14281 ACTIVA PLANA (00 a 24 horas) 18888 20 15740 0ACTIVA DIFERENCIAL DOBLE (Una Punta) Horas Punta (17 a 21 horas) 20777 20 17314 0 Horas Fuera de Punta (00 a 17 y 21 a 24 horas) 18122 20 15102 0ACTIVA DIFERENCIAL DOBLE (Dos Puntas)
Horas Punta (09 a 12 y 18 a 21 horas) 19747 20 16456 0
Oficina Atencioacuten al Cliente Tunja 9800 918710 Horas Fuera de Punta (00 a 09 12 a 18 y 21 a 24 horas) 18171 20 15142 0
Oficina Atencioacuten al Cliente Yopal 9800 912870 ACTIVA DIFERENCIAL TRIPLE
Oficina Atencioacuten al Cliente Sogamoso 9800 918730 Horas Demanda Miacutenima (00 a 05 horas) 17709 20 14758 0
Oficina Atencioacuten al Cliente Duitama 9800 918720 Horas Demanda Media (05 a 17 y 21 a 24 horas) 18226 20 15188 0
Oficina Atencioacuten al Cliente Chiquinquiraacute 9800 918740 Horas Demanda Maacutexima (17 a 21 horas) 20777 20 17314 0
Oficina Atencioacuten al Cliente Pto Boyacaacute 9801 918750 REACTIVA (00 a 24 horas) 18888 20 15740 0
EMPRESA DE ENERGIacuteA DE BOYACAacute S A E S PTARIFAS DE ENERGIA ELECTRICA
APLICABLES A CONSUMOS EN EL MERCADO REGULADO DE BOYACA Y CASANARE DURANTE EL MES DE MAYO DE 2002
SECTOR RESIDENCIAL SECTOR NO RESIDENCIAL
PESOSKILOVATIO-HORA COMERCIAL E INDUSTRIAL OFICIAL Y ESPECIAL
Mayor de 0 kWh 22574 22574 0
Mayor de 0 kWh 27088 22574 20
Mayor de 0 kWh 27088 22574 20
AREAS COMUNESPESOSKILOVATIO-HORA
Vig
ilada
Sup
erin
tend
ecia
de
Serv
icio
s P
uacuteblic
os D
omic
ilari
os
(3) Para el Sector No Residencial el CU nmt es igual a la Tarifa Oficial en la Opcioacuten Tarifaria yo Franja Horaria
Caacutelculo Conforme a Resoluciones CREG 031 y 079 de 1997 116 de 2000 112 y 159 de 2001 (1) Costo Unitario de Prestacioacuten del Servicio (2) Factor de Contribucioacuten sobre el CU nmt al Fondo de Solidaridad y Redistribucioacuten de Ingresos
C UG T
P RD O Cn m t
m t m t z
n tn m m t m t
( )= +
minus+ + +
1
EVOLUCION MENSUAL DEL CPS CLIENTES REGULADOSDiciembre 2000 CUmt
NIVEL Gmt Tmtz Dnm Omt Cmt Calculado Variacioacuten
I 44919821 11366156 79556569 29462014 29900037 000
II 44919821 11366156 38888327 29462014 29900037 000
III 44919821 11366156 22444137 29462014 29900037 000
IV 44919821 11366156 9979921 29462014 29900037 000
Enero 2001 CUmt
NIVEL Gmt Tmtz Dnm Omt Cmt Calculado Variacioacuten
I 45874203 10375163 78465258 29994350 33663141 086
II 45874203 10375163 38746256 29994350 33663141 259
III 45874203 10375163 22362142 29994350 33663141 296
IV 45874203 10375163 9943461 29994350 33663141 331
Febrero 2001 CUmt
NIVEL Gmt Tmtz Dnm Omt Cmt Calculado Variacioacuten
I 47257800 11077231 79872648 29042251 34016237 244
II 47257800 11077231 39441227 29042251 34016237 406
III 47257800 11077231 22763239 29042251 34016237 438
IV 47257800 11077231 10121812 29042251 34016237 132
Marzo 2001 CUmt
NIVEL Gmt Tmtz Dnm Omt Cmt Calculado Variacioacuten
I 48986379 12061200 81293190 27188267 34660651 408
II 48986379 12061200 40142693 27188267 34660651 146
III 48986379 12061200 23168086 27188267 34660651 139
IV 48986379 12061200 10301829 27188267 34660651 133
Abril 2001 CU mt
NIVEL G mt T mtz D nm O mt C mt Calculado Variacioacuten
I 50039414 10789328 82069228 20111691 35173462 -281
II 50039414 10789328 40525902 20111691 35173462 -242
III 50039414 10789328 23389252 20111691 35173462 -307
IV 50039414 10789328 10400172 20111691 35173462 -240
Mayo 2001 CU mt
NIVEL G mt T mtz D nm O mt C mt Calculado Variacioacuten
I 51012094 11708212 83246437 16797767 35577085 -259
II 51012094 11708212 41107209 16797767 35577085 -260
III 51012094 11708212 23724750 16797767 35577085 -041
IV 51012094 11708212 10549353 16797767 35577085 -301
Junio 2001 CU mt
NIVEL G mt T mtz D nm O mt C mt Calculado Variacioacuten
I 51866974 11156097 83930402 15508129 35727023 -264
II 51866974 11156097 41444952 15508129 35727023 -289
III 51866974 11156097 23919676 15508129 35727023 -085
IV 51866974 11156097 10636028 15508129 35727023 -058
Julio 2001 CU mt
NIVEL G mt T mtz D nm O mt C mt Calculado Variacioacuten
I 52180336 11670543 83831753 21308814 35741476 048
II 52180336 11670543 41396239 21308814 35741476 114
III 52180336 11670543 23891561 21308814 35741476 382
IV 52180336 11670543 10623527 21308814 35741476 463
Agosto 2001 CU mt
NIVEL G mt T mtz D nm O mt C mt Calculado Variacioacuten
I 52683151 11389505 83785717 25743688 35780356 266
II 52683151 11389505 41373506 25743688 35780356 398
III 52683151 11389505 23878441 25743688 35780356 317IV 52683151 11389505 10617693 25743688 35780356 351
Septiembre-01 CU mtNIVEL G mt T mtz D nm O mt C mt Calculado Variacioacuten
I 53248511 870 10993397 -885 84035627 337 25961599 -451 35873533 350 302
II 53248511 107 10993397 -348 41496912 030 25961599 085 35873533 026 036
III 53248511 107 10993397 -348 23949664 030 25961599 085 35873533 026 037IV 53248511 107 10993397 -348 10649363 030 25961599 085 35873533 026 037
Octubre-01 CU mtNIVEL G mt T mtz D nm O mt C mt Calculado Variacioacuten
I 53740843 092 11488452 450 84114546 009 22905985 -1177 36006723 037 519
II 53740843 201 11488452 087 41535883 009 22905985 -1102 36006723 037 -106
III 53740843 201 11488452 087 23972156 009 22905985 -1102 36006723 037 -121IV 53740843 201 11488452 087 10659364 009 22905985 -1102 36006723 037 -136
Noviembre-01 CU mtNIVEL G mt T mtz D nm O mt C mt Calculado Variacioacuten
I 54969891 229 11371207 -102 83765987 -041 16196000 -2929 36072371 018 -259
II 54969891 229 11371207 -102 41363764 -041 16196000 -2929 36072371 018 -329
III 54969891 229 11371207 -102 23872819 -041 16196000 -2929 36072371 018 -368IV 54969891 229 11371207 -102 10615193 -041 16196000 -2929 36072371 018 -404
Diciembre-01 CU mtNIVEL G mt T mtz D nm O mt C mt Calculado Variacioacuten
I 54493122 -087 11945663 505 83667338 -012 10293558 -3644 36114531 012 -525
II 54493122 -087 11945663 505 41315051 -012 10293558 -3644 36114531 012 -669
III 54493122 -087 11945663 505 23844704 -012 10293558 -3644 36114531 012 -749IV 54493122 -087 11945663 505 10602692 -012 10293558 -3644 36114531 012 -824
EVOLUCION MENSUAL DEL CPS CLIENTES REGULADOSDiciembre-01 CU mt
NIVEL G mt T mtz D nm O mt C mt Calculado Variacioacuten
I 54493122 11945663 83667338 10293558 36114531 II 54493122 11945663 41315051 10293558 36114531 III 54493122 11945663 23844704 10293558 36114531 IV 54493122 11945663 10602692 10293558 36114531
Enero 2002 CUmt
NIVEL Gmt Tmtz Dnm Omt Cmt Calculado Variacioacuten
I 55408548 168 11428968 -433 82226014 -172 8301668 -1935 40772331 1290 081
II 55408548 168 11428968 -433 41017642 -072 8301668 -1935 40772331 1290 176
III 55408548 168 11428968 -433 23673057 -072 8301668 -1935 40772331 1290 208
IV 55408548 168 11428968 -433 10526368 -072 8301668 -1935 40772331 1290 239
Febrero 2002 CUmt
NIVEL Gmt Tmtz Dnm Omt Cmt Calculado Variacioacuten
I 56306160 162 15364140 3443 82580492 043 9419452 1346 41097439 080 356
II 56306160 162 15364140 3443 41194470 043 9419452 1346 41097439 080 421
III 56306160 162 15364140 3443 23775112 043 9419452 1346 41097439 080 464
IV 56306160 162 15364140 3443 10571747 043 9419452 1346 41097439 080 504
Marzo 2002 CUmt
NIVEL Gmt Tmtz Dnm Omt Cmt Calculado Variacioacuten
I 56372387 012 16350737 642 82831849 030 11970285 2708 41613252 210
II 56372387 012 16350737 642 41319857 030 11970285 2708 41613252 256
III 56372387 012 16350737 642 23847478 030 11970285 2708 41613252 284
IV 56372387 012 16350737 642 10603925 030 11970285 2708 41613252 310
Abril de 2002 CU mt
NIVEL G mt T mtz D nm O mt C mt Calculado Variacioacuten
I 55332060 -185 15490183 -526 83283003 054 12763344 663 41907335 071 -031
II 55332060 -185 15490183 -526 41544911 054 12763344 663 41907335 071 213
III 55332060 -185 15490183 -526 23977366 054 12763344 663 41907335 071 231
IV 55332060 -185 15490183 -526 10661681 054 12763344 663 41907335 071 765
Mayo de 2002 CU mt
NIVEL G mt T mtz D nm O mt C mt Calculado Variacioacuten
I 57854106 456 15692856 131 83598810 038 13575945 637 42289963 091 181
II 57854106 456 15692856 131 41702448 038 13575945 637 42289963 091 466
III 57854106 456 15692856 131 24068288 038 13575945 637 42289963 091 271
IV 57854106 456 15692856 131 10702110 038 13575945 637 42289963 091 1080
Junio 2002 CU mt
NIVEL G mt T mtz D nm O mt C mt Calculado Variacioacuten
I 0000000 -10000
II 0000000 -10000
III 0000000 -10000
IV 0000000 -10000
Julio 2002 CU mt
NIVEL G mt T mtz D nm O mt C mt Calculado Variacioacuten
I 0000000 -10000
II 0000000 -10000
III 0000000 -10000
IV 0000000 -10000
Agosto 2002 CU mt
NIVEL G mt T mtz D nm O mt C mt Calculado Variacioacuten
I 0000000 -10000
II 0000000 -10000
III 0000000 iexclDIV0IV 0000000 iexclDIV0
Septiembre-02 CU mtNIVEL G mt T mtz D nm O mt C mt Calculado Variacioacuten
I 0000000 -10000
II 0000000 iexclDIV0
III 0000000 iexclDIV0IV 0000000 iexclDIV0
Octubre-02 CU mtNIVEL G mt T mtz D nm O mt C mt Calculado Variacioacuten
I 0000000 -10000
II 0000000 iexclDIV0
III 0000000 iexclDIV0IV 0000000 iexclDIV0
Noviembre-02 CU mtNIVEL G mt T mtz D nm O mt C mt Calculado Variacioacuten
I 0000000 iexclDIV0
II 0000000 iexclDIV0
III 0000000 iexclDIV0IV 0000000 iexclDIV0
Diciembre-02 CU mtNIVEL G mt T mtz D nm O mt C mt Calculado Variacioacuten
I 0000000 iexclDIV0
II 0000000 iexclDIV0
III 0000000 iexclDIV0IV 0000000 iexclDIV0
Anexo 6 Corporaciones autoacutenomas regionales de Colombia
Anexo 7 Formulario para la solicitud de licencia ambiental
Anexo 1 Ubicacioacuten geograacutefica de la vereda Tibista
Anexo 5 Flujos de fondos para la alternativa escogida
- Factibilidad teacutecnica y econoacutemica para el suministro de energiacutea eleacutectrica en zona rural de Saboyaacute departamento de Boyacaacute por medio de aerogeneracioacuten a baja potencia
-
- Citacioacuten recomendada
-
- FACTIBILIDAD TECNICA Y ECONOMICA PARA EL SUMINISTRO DE ENERGIA ELECTRICA EN ZONA RURAL DE SABOYAacute DEPARTAMENTO DE BOYACA POR
-
Ni la universidad ni el director del proyecto ni el jurado calificador
son responsables de las ideas expuestas por los graduandos
iv
A Dios por la esperanza
A mis padres por su amor y apoyo
A mis hermanos por su amistad
A Angeacutelica y Alejandrolos adoro
Henry Rolando Martiacutenez Caro
A Dios por darme la paciencia y la suerte de culminar mi carrera
A mis padres por darme la vida y su apoyo incondicional
A mis hermanos por su compantildeiacutea en gran parte de mi vida
A mi novia por su amor y compantildeiacutea
A mis amigos y compantildeeros de la universidad por su amistad
Juan Carlos Chaparro Marroquiacuten
v
CONTENIDO
paacuteg
LISTA DE FIGURAS xiii
LISTA DE FOTOS xv
LISTA DE TABLAS xvi
LISTA DE ANEXOS xviii
RESUMEN xix
INTRODUCCIOacuteN xx
PREAacuteMBULO xxi
1 HISTORIA DE LA ENERGIacuteA EOacuteLICA
26
11 EL PIONERO DE LA ENERGIacuteA EOacuteLICA POUL LA COUR 26
111 Los aerogeneradores de La Cour 27
112 La revista de electricidad eoacutelica 27
12 PIONEROS DE LA ENERGIacuteA EOacuteLICA 1940-1950 28
121 Las turbinas de FL Smidth 28
13 PIONEROS DE LA ENERGIacuteA EOacuteLICA 1950 ndash 1980 29
131 Johannes Juul y el aerogenerador de Gedser 29
132 Las turbinas Nibe 31
14 AEROGENERADORES A PARTIR DE LOS 80 31
141 Disentildeos competitivos de turbinas 32
142 La maacutequina Twind 33
143 El gran torrente eoacutelico de California 34
15 INDUSTRIA EOacuteLICA ACTUAL 35
2 RECURSOS EOacuteLICOS 39
21 FUENTE DE LA ENERGIacuteA EOacuteLICA 39
211 Vientos locales vientos de montantildea 40
22 LA ENERGIacuteA EN EL VIENTO DENSIDAD DEL AIRE Y AacuteREA DE
BARRIDO DEL ROTOR 41
221 Densidad del aire 41
222 Aacuterea de barrido del rotor 42
23 LOS AEROGENERADORES DESVIacuteAN EL VIENTO 42
231 Tubo de corriente de aire 43
232 Tubo de corriente de aire ciliacutendrico 43
24 LA POTENCIA DEL VIENTO ES PROPORCIONAL AL CUBO DE LA
VELOCIDAD DEL VIENTO 44
25 MEDICIOacuteN DE LA VELOCIDAD DEL VIENTO ANEMOacuteMETROS 45
26 MEDICIONES DE LA VELOCIDAD DEL VIENTO EN LA PRAacuteCTICA 46
261 Informacioacuten empiacuterica 46
262 Anemoacutemetros totalizadores 47
263 Meacutetodo de correlacioacuten 48
27 RUGOSIDAD DEL TERRENO 49
271 Clase y longitud de rugosidad 49
28 VARIABILIDAD DE LA VELOCIDAD DEL VIENTO 51
281 Variabilidad del viento a corto plazo 51
282 Variaciones diurnas (noche y diacutea) del viento 51
29 OBSTAacuteCULOS AL VIENTO 52
291 Resguardo tras los obstaacuteculos 53
210 EFECTOS ACELERADORES 53
2101 Efecto tuacutenel 53
2102 Efecto de la colina 54
3 ASPECTOS TEOacuteRICOS 57
31 TECNOLOGIacuteA DE AEROGENERADORES 57
311 Eje 57
3111 Aerogeneradores de eje horizontal 57
3112 Aerogeneradores de eje vertical 57
312 Rotor 59
3121 Maacutequinas con rotor a barlovento 59
3122 Maacutequinas con rotor a sotavento 60
313 Nuacutemero de aspas 61
3131 Tripala 61
3132 Bipala (oscilantebasculante) 61
3133 Monopala 63
314 Generador 64
3141 Generadores de corriente continua 64
3142 Generadores de excitacioacuten o siacutencronos 65
3143 Generadores de induccioacuten o asiacutencronos 65
3144 Voltaje generado (tensioacuten) 65
3145 Sistema de refrigeracioacuten 66
3146 Opciones de disentildeo en generadores y conexioacuten a red 66
315 Sistema de transmisioacuten 66
3151 Sistema de transmisioacuten sin engranajes 67
3152 Sistema de transmisioacuten con engranajes 67
316 Torres 67
3161 Torres tubulares de acero 68
3162 Torres de celosiacutea 68
3163 Torres de maacutestil tensadas con cables de acero 69
317 Sistema eleacutectrico 70
3171 Conexioacuten a la red de las turbinas 71
32 EXTRACCIOacuteN DE POTENCIA 72
321 Potencia maacutexima uacutetil extraiacuteda al viento 74
3211 La ley de Betz 74
3212 Demostracioacuten de la ley de Betz 74
4 ANAacuteLISIS TEacuteCNICO 77
41 DETERMINACIOacuteN DEL SITIO 77
411 Saboyaacute (Boyacaacute) 77
412 Vereda Tibista 78
42 METODOLOGIacuteA GENERAL PARA LA REALIZACIOacuteN DEL
PROYECTO 78
421 Estudio del potencial eoacutelico 79
4211 Estacioacuten ldquoAlto Saboyaacuterdquo 79
4212 Anaacutelisis del reacutegimen de vientos 80
422 Modelamiento matemaacutetico para calcular la entrega de energiacutea eoacutelica 84
423 Estimacioacuten del consumo tiacutepico para vivienda rural 86
4231 Caacutelculo de la bomba eleacutectrica 87
424 Anaacutelisis para el desempentildeo del aerogenerador 89
4241 Aerogenerador de 1kW 89
4242 Aerogenerador de 15kW 91
4243 Aerogenerador de 3kW 92
425 Caacutelculo del banco de bateriacuteas 95
426 Caacutelculo del inversor 97
427 Caacutelculo del regulador 98
428 Montaje final del sistema conversor de energiacutea eoacutelica 99
43 MANUAL DE INSTALACIOacuteN OPERACIOacuteN Y MANTENIMIENTO
DEL AEROGENERADOR 102
431 Instalacioacuten 102
4311 Voltaje del sistema 102
4312 Instalacioacuten de la torre (localizacioacuten tipo y altura) 102
4313 Adquirir el tamantildeo del banco de bateriacuteas adecuado 103
4314 Seleccioacuten del lugar para instalar el banco de bateriacuteas 103
4315 Instalar el tablero de control (EZ-WIRE) y el transformador 104
4316 Instalar y conectar el disipador de carga 105
4317 Montar el interruptor de frenado 105
4318 Instalar el inversor y conectarlo al banco de bateriacuteas 106
4319 Instalar los conductores desde el extremo de la torre al transformador y
despueacutes al tablero de control 106
43110 Pruebas eleacutectricas para el aerogenerador 106
43111 Conectar los conductores y montar el aerogenerador en la torre 107
43112 Prueba del cableado del aerogenerador al tablero de control 108
43113 Instalar el timoacuten o cola 110
43114 Instalar las aspas y la nariz 111
43115 Izar la torre siguiendo las instrucciones del fabricante con el interruptor de
frenado en posicioacuten ldquoONrdquo 111
44 OPERACIOacuteN NORMAL 112
441 Controles y caracteriacutesticas del tablero de control 112
4411 Seccioacuten de control 112
4412 Seccioacuten del sistema de monitoreo 112
442 Operacioacuten del regulador automaacutetico de carga 114
4421 Luz indicador de regulacioacuten 114
4422 Posicioacuten de flotacioacuten 114
443 Iniciar el aerogenerador 115
4431 Operacioacuten de la heacutelice del aerogenerador 115
444 Encienda el inversor 115
445 Consumo de electricidad propia 115
45 MANTENIMIENTO 116
451 Mensual 116
4511 Revisar el interruptor de seguridad (para revisar el cableado eleacutectrico) 116
4512 Revisar el estado mecaacutenico observar y escuchar desde la base de la torre 117
4513 Inspeccionar la torre 117
452 Anual 118
4521 Revisar el banco de bateriacuteas 118
4522 Si es necesario realizar la carga de igualacioacuten de la bateriacutea 118
4523 Escalar la torre o bajarla y hacer una revisioacuten mecaacutenica total del
aerogenerador 119
4524 Registro de mantenimiento 119
5 ANAacuteLISIS ECONOacuteMICO 120
51 COSTOS DEL SISTEMA CONVERSOR DE ENERGIacuteA EOacuteLICA 120
511 Costos privados 121
5111 Costo de inversioacuten 121
51111 Costos de montaje 123
5112 Costos de explotacioacuten 124
52 ANAacuteLISIS FINANCIERO DEL PROYECTO 124
521 Anaacutelisis financiero para cada alternativa 126
53 VALOR DEL SERVICIO DE ENERGIacuteA ELEacuteCTRICA ACTUAL 150
54 COSTO DE LA ENERGIacuteA GENERADA CON VIENTO 151
541 Costo de capital 151
542 Costos de operacioacuten y mantenimiento 153
543 Costo de reoposicioacuten de equipos 153
6 CONSIDERACIONES AMBIENTALES 155
61 ASPECTOS POSITIVOS 155
62 BARRERAS 157
621 Impacto Visual 157
622 Ruido 157
623 Uso de terreno 158
63 PROTOCOLO DE KYOTO 158
631 Conferencias sobre la reduccioacuten de gases de efecto invernadero 159
64 MECANISMOS DE DESARROLLO LIMPIO 161
641 Gases de efecto invernadero 161
642 Emisiones de CO2 163
643 Evolucioacuten de los mecanismos de Kyoto en las negociaciones de cambio
climaacutetico 163
65 LICENCIA AMBIENTAL PARA EL PROYECTO 164
7 MARCO LEGAL Y TRIBUTARIO 165
71 INCENTIVOS INTERNACIONALES PARA LA ENERGIacuteA EOacuteLICA 165
711 Incentivos fiscales 165
712 Depreciacioacuten acelerada 165
713 Subsidios 166
714 Pagos en efectivo por kWh 166
715 Exenciones arancelarias 166
716 Renuncia del uso de derechos impuestos de propiedad de la tierra 166
72 FINANCIACIOacuteN 167
73 REGULACIONES AMBIENTALES 167
731 Emisiones normalizadas 167
732 Impuestos de emisioacuten 167
733 Raacutepida aprobacioacuten de proyectos ambientales 168
74 PROGRAMAS VOLUNTARIOS 168
741 Eliminacioacuten de subsidios para el combustible convencional 168
75 PAIacuteSES EN LOS QUE SE ESTIMULA EL USO DE ENERGIacuteA EOacuteLICA
Y TIPO DE ESTIMULO 168
76 REGULACIOacuteN DE LAS ENERGIacuteAS ALTERNATIVAS EN COLOMBIA 169
761 Ley 697 de octubre de 2001 170
762 Ley 223 de diciembre de 1995 171
763 Decreto 2532 de noviembre de 2001 172
8 CONCLUSIONES 175
9 RECOMENDACIONES 178
BIBLIOGRAFIacuteA 179
ANEXOS 182
LISTA DE FIGURAS
paacuteg
Figura 1 El aerogenerador de Gedser 30
Figura 2 Crecimiento de la energiacutea eoacutelica en el mundo 35
Figura 3 Caracterizacioacuten de los vientos en una montantildea 40
Figura 4 Representacioacuten del aacuterea barrida por un rotor 41
Figura 5 Desviacioacuten del viento producida por un aerogenerador 42
Figura 6 Corriente de aire en tubo ciliacutendrico 43
Figura 7 Graacutefica de la relacioacuten de potencia especiacutefica del viento con la velocidad
del viento 44
Figura 8 Anemoacutemetro de cazoletas 45
Figura 9 Anemoacutemetro de recorrido 48
Figura 10 Ejemplo de la variabilidad de la velocidad de viento de un sitio
determinado 51
Figura 11 Ejemplo de la variacioacuten diaria del viento de un sitio determinado 52
Figura 12 Vista lateral de la corriente de viento alrededor de un obstaacuteculo 52
Figura 13 Vista superior de la corriente de aire alrededor de un obstaacuteculo 53
Figura 14 Representacioacuten graacutefica del efecto tuacutenel 54
Figura 15a Representacioacuten graacutefica del efecto de la colina 55
Figura 15b Vista lateral del efecto de la colina 55
Figura 16 Aerogenerador de tres aspas 61
Figura 17a Aerogenerador de dos aspas 62
Figura 17b Aerogenerador de dos aspas con rotor basculante 62
Figura 18a Aerogenerador de una aspa 63
Figura 18b Disposicioacuten del contrapeso de un aerogenerador monopala 63
Figura 19 Disposicioacuten tiacutepica de elementos de un aerogenerador 64
xiii
Figura 20 Caracterizacioacuten del viento para la extraccioacuten de potencia en un
aerogenerador 72
Figura 21 Potencia maacutexima extraiacuteda del viento 76
Figura 22 Ubicacioacuten del municipio de Saboyaacute (Boyacaacute) 78
Figura 23 Velocidad anual del viento en la vereda Tibista (ms) 81
Figura 24 Velocidad mensual del viento en la vereda Tibista (ms) 82
Figura 25 Velocidad diaria del viento en la vereda Tibista (ms) 82
Figura 26 Velocidad horaria del viento en la vereda Tibista (ms) 83
Figura 27 Probabilidad de Weibull para la vereda Tibista 86
Figura 28 Curva de rendimiento de bombas centriacutefugas 88
Figura 29 Curva de potencia tiacutepica de un aerogenerador de 1kW 89
Figura 30 Curva de potencia tiacutepica de un aerogenerador de 15kW 91
Figura 31 Curva de potencia tiacutepica de un aerogenerador de 3kW 92
Figura 32 Banco de Bateriacuteas serie-paralelo 96
Figura 33 Montaje del sistema conversor de energiacutea eoacutelica 99
Figura 34 Modelo de flujo de caja 125
Figura 35 Propagacioacuten del sonido y distancia 159
Figura 36 Emisiones sectoriales de CO2 en Colombia para 1990 164
xiv
LISTA DE FOTOS
paacuteg
Foto 1 Poul la Cour y su esposa Christine 26
Foto 2 Aerogeneradores de la Cour 27
Foto 3 Turbina bipala de FL Smidth 28
Foto 4 Turbina tripala de FL Smidth 29
Foto 5 Aerogenerador de Johannes Juul 29
Foto 6 Aerogenerador de Gedser reacondicionado por la NASA 31
Foto 7 Aerogenerador de Riisager 32
Foto 8 Aerogenerador Darrieus de eje vertical 33
Foto 9 Aerogenerador Twind de 2MW 33
Foto 10 Granja eoacutelica en Palm Springs (California) 34
Foto 11 Aerogenerador NEG MICON de 15 MW 36
Foto 12 Superficie terrestre (tomada de un sateacutelite de la NASA NOAA-7
en julio de 1984) 39
Foto 13 Aacuterbol deformado a causa de la incidencia del viento 46
Foto 14 Paisaje llano correspondiente a una rugosidad de 05 50
Foto 15 Maacutequina Darrieus 58
Foto 16 Aerogenerador con rotor a barlovento 59
Foto 17 Aerogenerador con rotor a sotavento 60
Foto 18 Torres tubulares de acero 68
Foto 19 Aerogenerador con torre de celosiacutea 69
Foto 20 Aerogenerador con torre de maacutestil tensado 69
Foto 21 Inversor de 24VCD a 120VCA 97
xv
LISTA DE TABLAS
paacuteg
Tabla 1 Potencia eoacutelica en el mundo al 2002 36
Tabla 2 Potencia eoacutelica instalada en Europa (2002) 37
Tabla 3 Potencia eoacutelica instalada en Norte Ameacuterica (2002) 37
Tabla 4 Potencia eoacutelica instalada en Asia (2002) 37
Tabla 5 Potencia eoacutelica instalada en Aacutefrica (2002) 38
Tabla 6 Potencia eoacutelica instalada en Ameacuterica del Sur y Centroameacuterica (2002) 38
Tabla 7 Potencia eoacutelica instalada en Oceaniacutea (2002) 38
Tabla 8 Escala de Beaufort para la intensidad de viento 47
Tabla 9 Clase y longitud de rugosidad 50
Tabla 10 Tamantildeo tiacutepico de aerogeneradores y su velocidad de rotacioacuten 60
Tabla 11 Datos geograacuteficos de la estacioacuten metereoloacutegica 79
Tabla 12 Direccioacuten predominante y velocidad media diaria del viento en ms
para la estacioacuten ldquoALTO SABOYAacuterdquo 80
Tabla 13 Relaciones generales entre viabilidad y velocidad de viento para su uso
como fuente de energiacutea 84
Tabla 14 Consumo tiacutepico de energiacutea eleacutectrica en la zona de estudio 87
Tabla 15 Bomba Centriacutefuga 88
Tabla 16 Desempentildeo de un aerogenerador de 1kW para la vereda Tibista 90
Tabla 17 Desempentildeo de un aerogenerador de 15kW para la vereda Tibista 91
Tabla 18 Desempentildeo de un aerogenerador de 3kW para la vereda Tibista 93
Tabla 19 Aerogeneradores de 15kW 94
Tabla 20 Bateriacuteas de 220Ah 96
Tabla 21 Inversores de 24VCD a 120VCA 97
Tabla 22 Regulador de 100A 98
xvi
Tabla 23 Alternativa de inversioacuten 1 122
Tabla 24 Alternativa de inversioacuten 2 122
Tabla 25 Alternativa de inversioacuten 3 123
Tabla 26 Costos de montaje del sistema eoacutelico 123
Tabla 27 Costo final de las alternativas 124
Tabla 28 Flujo de caja proyectado para las 3 alternativas 128
Tabla 29 Flujo de caja para la alternativa 1 con cuota inicial del 30 a 24 meses 129
Tabla 30 Flujo de caja para la alternativa 1 con cuota inicial del 30 a 36 meses 130
Tabla 31 Flujo de caja para la alternativa 1 con cuota inicial del 30 a 60 meses 131
Tabla 32 Flujo de caja para la alternativa 2 con cuota inicial del 30 a 24 meses 134
Tabla 33 Flujo de caja para la alternativa 2 con cuota inicial del 30 a 36 meses 135
Tabla 34 Flujo de caja para la alternativa 2 con cuota inicial del 30 a 60 meses 136
Tabla 35 Flujo de caja para la alternativa 3 con cuota inicial del 30 a 24 meses 139
Tabla 36 Flujo de caja para la alternativa 3 con cuota inicial del 30 a 36 meses 140
Tabla 37 Flujo de caja para la alternativa 3 con cuota inicial del 30 a 60 meses 141
Tabla 38 Costo total para la alternativa escogida 144
Tabla 39 Flujo de caja proyectado para la alternativa escogida 144
Tabla 40 Flujo de caja para la alternativa escogida con cuota inicial del 30
a 24 meses 145
Tabla 41 Flujo de caja para la alternativa escogida con cuota inicial del 30
a 36 meses 146
Tabla 42 Flujo de caja para la alternativa escogida con cuota inicial del 30
a 60 meses 147
Tabla 43 Flujo del servicio de energiacutea eleacutectrica actual por 20 antildeos 150
Tabla 44 Emisiones de CO2 en el mundo 156
Tabla 45 Ejemplo de la escala de decibelios dB(A) 158
xvii
LISTA DE ANEXOS
paacuteg
Anexo 1 Ubicacioacuten geograacutefica de la vereda Tibista 182
Anexo 2 Ubicacioacuten geograacutefica de la estacioacuten metereoloacutegica ldquoALTO SABOYAacuterdquo 183
Anexo 3 Regiacutemenes de vientos de la estacioacuten ldquoALTO SABOYAacuterdquo de antildeos
anteriores a 1997 184
Anexo 4 Tarifas de energiacutea eleacutectrica para Boyacaacute y Casanare durante el mes
de mayo de 2002 185
Anexo 5 Flujos de fondos para la alternativa escogida 186
Anexo 6 Corporaciones autoacutenomas regionales de Colombia 187
Anexo 7 Formulario para la solicitud de licencia ambiental 188
xviii
RESUMEN
El objetivo de este proyecto ha sido establecer la factibilidad para la generacioacuten de energiacutea
eleacutectrica mediante un aerogenerador de baja potencia en la vereda Tibista zona rural del
municipio de Saboyaacute ubicado en el departamento de Boyacaacute En esta monografiacutea se
presenta en primer teacutermino una retrospectiva general de la utilizacioacuten de la energiacutea eoacutelica
incluyendo la tecnologiacutea empleada para el aprovechamiento de la misma tambieacuten se
presentan consideraciones teoacutericas y consideraciones a tener en cuenta en el proceso de
transformacioacuten de la potencia del viento en potencia uacutetil a ser obtenida
A partir del anaacutelisis del potencial eoacutelico para el lugar antes mencionado y de la estimacioacuten
del consumo tiacutepico de energiacutea eleacutectrica para una vivienda rural se busca el desempentildeo
oacuteptimo de un aerogenerador realizando un anaacutelisis comparativo entre varias alternativas de
aerogeneradores de diferentes potencias nominales que cumplan con la demanda de
energiacutea eleacutectrica y seleccionando asiacute el que mejor se adapte a las necesidades tanto
teacutecnicas como econoacutemicas
Igualmente el documento realiza un enfoque econoacutemico junto con consideraciones legales
y tributarias tanto internacionales como nacionales con el fin de determinar la factibilidad
del uso de las energiacuteas renovables en este caso particular la energiacutea eoacutelica
Por uacuteltimo se presentan conclusiones y recomendaciones de tipo teacutecnico y econoacutemico
como la factibilidad existente de utilizar la energiacutea eoacutelica como fuente de energiacutea eleacutectrica
para el consumo propio de una zona aislada y sus posibles costos proyectados a un mediano
plazo estas conclusiones y recomendaciones estaacuten dirigidas a viabilizar el uso de fuentes
alternativas en distintas zonas rurales del territorio nacional
xix
INTRODUCCIOacuteN
La utilizacioacuten de energiacuteas alternativas o renovables han cobrado gran importancia en el
mundo en los uacuteltimos antildeos debido a la concientizacioacuten de las personas sobre factores
ambientales y la necesidad de utilizar fuentes de energiacutea maacutes baratas y accesibles
Acontecimientos histoacutericos como la crisis del petroacuteleo de los antildeos setenta y el aumento de
los precios de los combustibles en los uacuteltimos antildeos han obligado a investigar sobre
energiacuteas alternativas y sus escenarios de sustitucioacuten de fuentes convencionales
Debido a que los precios de los combustibles foacutesiles podraacuten aumentar a mediano plazo
dada la limitacioacuten de sus reservas ha surgido una creciente importancia de las energiacuteas
renovables y en particular de la energiacutea eoacutelica Si se tuvieran en cuenta costos externos
como los ambientales la competitividad de estas fuentes renovables seriacutea mucho maacutes
evidente
Ademaacutes con objeto de promover el desarrollo energeacutetico de manera sostenible y racional
sin afectar nuestro medio ambiente e implementar la distribucioacuten a regiones aisladas se
plantea la necesidad de recurrir al uso de dichas fuentes alternativas como lo es la
aerogeneracioacuten ya que masificar el uso de combustibles foacutesiles extender las redes de
interconexioacuten eleacutectrica yo construir nuevos embalses implica costos ambientales y
econoacutemicos injustificables hoy en diacutea Los anteriores son factores que han motivado a
diferentes paiacuteses a utilizar el recurso eoacutelico como fuente de aprovechamiento energeacutetico
Colombia presenta un importante potencial para aprovechar esta tecnologiacutea
Mediante este proyecto se plantea suministrar energiacutea eleacutectrica en zona rural del municipio
de Saboyaacute por medio de un aerogenerador de baja potencia que trabaja con un reacutegimen de
vientos que logra ser el adecuado para la instalacioacuten de equipos de estas caracteriacutesticas y
que no implica alteracioacuten alguna al ecosistema natural aclarando que la aerogeneracioacuten a
baja potencia esta entre un rango de 500W a 20kW
Seleccionando asiacute correctamente el aerogenerador que cumpla eficazmente con la
generacioacuten de energiacutea eleacutectrica se podriacutean implementar para otras zonas del territorio que
no estaacuten conectadas con el sistema eleacutectrico nacional y que tambieacuten presenten condiciones
aceptables de vientos realizando una correcta aplicacioacuten funcionamiento y futuro montaje
de los aerogeneradores
Econoacutemicamente se espera que al transcurrir del tiempo exista una posible recuperacioacuten de
la inversioacuten inicial y que antes de terminar la vida uacutetil del aerogenerador se pueda
implementar yo mejorar la tecnologiacutea Sin embargo estos aspectos econoacutemicos definiraacuten
en la vereda Tibistaacute zona rural de Saboyaacute la factibilidad o rentabilidad que pueda existir
en un proyecto de generar energiacutea eleacutectrica utilizando el recurso natural del viento
En Colombia tenemos que la aerogeneracioacuten de baja potencia es una tecnologiacutea nueva para
el mercado nacional el presente trabajo analiza la factibilidad para tomar decisiones
acertadas acerca de la aplicacioacuten de la energiacutea eoacutelica en el campo de aerogeneracioacuten a baja
potencia en el lugar antes mencionado incluyendo un estudio teacutecnico y econoacutemico para
dejar una base en futuras investigaciones con todos los paraacutemetros necesarios para llevar a
cabo el montaje de este proyecto y ademaacutes que sirva de guiacutea para proacuteximas generaciones
con el fin de incentivar el uso de las energiacuteas renovables en nuestro caso el viento
xxi
PREAacuteMBULO
El constante desarrollo tecnoloacutegico de la humanidad a tenido un protagonista desde los
comienzos de la civilizacioacuten El dios Eolo El llamado dios de los vientos es aprovechado
desde las maacutes remotas eacutepocas Las primeras naves que surcaron los riacuteos lagos y mares
usaban las grandes superficies de sus velas para impulsar los diferentes tipos de naviacuteos y
puede decirse que fue su aprovechamiento un gran avance en la tecnologiacutea de la eacutepoca para
conquistar diferentes tierras en ultramar de hecho la Ameacuterica fue descubierta gracias al
aprovechamiento de la energiacutea eoacutelica Otro avance interesante se vio con el uso de los
molinos de viento para convertir la energiacutea eoacutelica en energiacutea mecaacutenica Asiacute fue posible
aprovechar la energiacutea para la molienda de cereales y para extraer el agua desde acuiacuteferos
ubicados en las entrantildeas de la tierra en los pozos profundos
A pesar de existir evidencia remota de la utilizacioacuten de una u otra forma de los sistemas de
conversioacuten de energiacutea eoacutelica para aprovechar la energiacutea del viento no se tiene una fecha
exacta de las primeras aplicaciones Se sabe que en la China se implementaron
rudimentarios molinos de viento de sencilla construccioacuten para el bombeo del agua varios
siglos AC Ademaacutes en Persia y Medio Oriente existe la evidencia de la utilizacioacuten de
molinos de viento de eje vertical los cuales estaban equipados con una vela de cantildea tejida y
fueron empleados para moler grano esto aproximadamente entre los antildeos 200 a 700 de la
era cristiana
Al pasar del tiempo la utilizacioacuten de la energiacutea eoacutelica se extendioacute por todo el mediterraacuteneo
y paulatinamente se fue introduciendo en Europa fue asiacute como se hicieron grandes mejoras
tecnoloacutegicas en especial por parte de los Holandeses A comienzos del siglo XX se hallaban
en funcionamiento alrededor de un milloacuten de maacutequinas eoacutelicas en todo el mundo para el
bombeo de agua
Posteriormente con el surgir de la maacutequina de vapor y luego el nacimiento y posterior
desarrollo del motor de combustioacuten impulsado por la segunda guerra mundial la energiacutea
eoacutelica dejoacute de ser un factor dominante en la imagen energeacutetica de los paiacuteses desarrollados
La crisis del petroacuteleo de 1973 demostroacute que los combustibles foacutesiles son un recurso
limitado ademaacutes de contaminantes por lo tanto se despierta la necesidad de desarrollar
otras formas de energiacutea con tecnologiacutea moderna Como consecuencia se ha presentado un
creciente intereacutes por la aplicacioacuten de la energiacutea eoacutelica
CLASIFICACIOacuteN Y DESCRIPCIOacuteN DE LAS MAacuteQUINAS DE ENERGIacuteA EOacuteLICA
Baacutesicamente la utilizacioacuten de estas maacutequinas de conversioacuten de energiacutea eoacutelica han sido para
la molienda de granos el bombeo de agua y la generacioacuten de energiacutea eleacutectrica
1 Molienda de granos
Los equipos utilizados para este tipo de trabajo son los molinos de viento claacutesico que se
distinguen fundamentalmente dos tipos de caja giratoria (figura a) y de techo giratorio
(figura b)
Figura a Molino de viento para la molienda de granos de caja giratoria
xxii
Figura b Molino de viento para la molienda de granos de techo giratorio con orientacioacuten
por rotor auxiliar
Se requeriacutea que el molinero estuviese en permanente vigilancia para mantener orientadas
las palas contra el viento La orientacioacuten se haciacutea primitivamente mediante bueyes o mulas
o a veces era el mismo molinero quien se ayudaba con aparejos para hacer girar el
conjunto Los maacutes modernos se orientaban por la accioacuten de dos eoacutelicas auxiliares Las palas
eran de madera generalmente recubiertas de tela Los modelos mediterraacuteneos soliacutean ser a
vela En Espantildea y Portugal existiacutea un sistema muy ingenioso de alarma para avisar al
molinero los cambio de viento Consistiacutea en caacutentaros colocados de una forma particular
sobre las aspas que cuando el viento cambiaba de direccioacuten incidiacutea con cierto aacutengulo sobre
los caacutentaros y los haciacutea sonar
Llegaron a construirse molinos de tipo caja giratoria hasta de 30kW Estas construcciones
funcionaron en Holanda durante maacutes de dos siglos su velocidad variaba de 10 a 40 rpm y
la captacioacuten maacutexima de energiacutea era de un 50
xxiii
2 Bombeo de agua
Este tipo de maacutequinas hicieron su aparicioacuten en Estados Unidos hacia 1870 desde alliacute
pasaron a Europa y al resto del mundo En la actualidad se realiza casi exclusivamente por
maacutequinas que tienen alrededor de 12 a 24 palas (multipala) siendo generalmente simples
chapas de metal curvadas Veacutease figura c
Figura c Aerobomba utilizada para la extraccioacuten de agua
Estas maacutequinas debido a su elevado par de arranque y de trabajar con vientos deacutebiles (de 2
a 35 ms aprox) son ideales para accionar bombas a pistoacuten Estas bombas a su vez
presentan muchas ventajas robustez poco desgaste por trabajar a baja velocidad bajo
precio poca necesidad de mantenimiento rendimiento bastante bueno y capacidad para
bombear desde capas profundas
Tambieacuten se han hecho experiencias de bombeo con maacutequinas de alta velocidad acopladas a
bombas centriacutefugas o a compresores de aire que bombean por emulsioacuten El rendimiento
global de estos sistemas es superior pero su costo es muy elevado
xxiv
3 Generacioacuten de energiacutea eleacutectrica
Los aerogeneradores utilizados para esta funcioacuten tiene un nuacutemero de palas menor que por
lo general va de 2 a 4 tiene la ventaja de ser a igual potencia maacutes livianas que las
maacutequinas utilizadas para el bombeo de agua debido a su menor solidez Tienen el
inconveniente de presentar un bajo par de arranque necesitan vientos de maacutes de 4 ms para
trabajar de manera estable las palas suelen fabricarse en aluminio o fibra de vidrio con
resina epoxi con lo cual se logra tener un menor peso en el aerogenerador Este proyecto se
basaraacute fundamentalmente en este tipo de maacutequinas eoacutelicas para el suministro de energiacutea
eleacutectrica en una zona rural En la figura d se puede observar un tipo de estas maacutequinas
Figura d Montaje tiacutepico de un aerogenerador para el suministro de energiacutea eleacutectrica en
una zona rural
xxv
CAPIacuteTULO 1
1 HISTORIA DE LA ENERGIacuteA EOacuteLICA
11 EL PIONERO DE LA ENERGIacuteA EOacuteLICA POUL LA COUR1
Foto 1 Poul la Cour y su esposa Christine
Poul la Cour (1846-1908) quien tuvo originalmente una formacioacuten como meteoroacutelogo
fue el pionero de las modernas turbinas eoacutelicas generadoras de electricidad Poul la Cour
fue tambieacuten uno de los pioneros de la moderna aerodinaacutemica y construyoacute su propio tuacutenel
de viento para realizar experimentos La Cour se preocupaba del almacenamiento de
energiacutea y utilizaba la electricidad de sus turbinas eoacutelicas para producir electroacutelisis y obtener
asiacute hidroacutegeno para las laacutemparas de gas de su escuela
1 Tomado httpwwwwindpowerorgespictureslacourhtm
27
111 Los aerogeneradores de La Cour
En la foto 2 se observan dos de los aerogeneradores de prueba que en 1897 Poul La Cour
teniacutea en el instituto de Askov Folk (Dinamarca) donde realizaba sus experimentos
Foto 2 Aerogeneradores de la Cour
112 La revista de electricidad eoacutelica
Poul la Cour tambieacuten publicoacute la primera revista de electricidad eoacutelica del mundo
En 1918 unas 120 empresas puacuteblicas de todo el mundo teniacutean un aerogenerador
generalmente del tamantildeo de 20 a 35kW haciendo un total de 3 megavatios de potencia
instalada
28
Sin embargo el intereacutes mundial por la energiacutea eoacutelica decayoacute en los antildeos siguientes aunque
una crisis de suministro durante la Segunda Guerra Mundial hizo que se afianzara
12 PIONEROS DE LA ENERGIacuteA EOacuteLICA 1940-19502
121 Las turbinas de FL Smidth
Foto 3 Turbina bipala de FL Smidth
Durante la segunda guerra mundial la compantildeiacutea danesa de ingenieriacutea FL Smidth (ahora
un fabricante de maquinaria para la industria cementera) construyoacute diversos
aerogeneradores bi y tripala Todas estas maacutequinas al igual que sus predecesoras generaban
CA (corriente alterna)
En la foto 4 se muestra una maacutequina de FL Smidth tripala de la isla de Bogo
(Dinamarca) fabricada en 1942 que formaba parte de un sistema eoacutelico-diesel que regiacutea el
suministro eleacutectrico de la isla En 1951 el generador de CC (corriente continua) fue
sustituido por un generador asiacutencrono de CA haciendo que esta segunda turbina generase
asiacute CA
2 CADIZ DELEITO J amp CABRERO J La energiacutea eoacutelica tecnologiacutea e historia Madrid Espantildea Ed Blume1984
29
Foto 4 Turbina tripala de FL Smidth
13 PIONEROS DE LA ENERGIacuteA EOacuteLICA 1950 ndash 19803
131 Johannes Juul y el aerogenerador de Gedser
El ingeniero Johannes Juul fue uno de los primeros alumnos de Poul la Cour en sus cursos
para electricistas eoacutelicos en 1904 En los antildeos 50 J Juul llegoacute a ser un pionero en el
desarrollo de los primeros aerogeneradores de corriente alterna en el mundo
Foto 5 Aerogenerador de Johannes Juul
3 CADIZ DELEITO J amp CABRERO J La energiacutea eoacutelica tecnologiacutea e historia Madrid Espantildea Ed Blume1984
30
El innovador aerogenerador de Gedser de 200kW fue construido en 1956-57 por J Juul
para la compantildeiacutea eleacutectrica SEAS en la costa de Gedser en la parte sur de Dinamarca
Figura 1 El aerogenerador de Gedser
La turbina tripala con rotor a barlovento con orientacioacuten electromecaacutenica y un generador
asincroacutenico fue un disentildeo pionero de los modernos aerogeneradores aunque su rotor con
cables de acero parezca actualmente algo pasado de moda La turbina disponiacutea de
regulacioacuten por peacuterdida aerodinaacutemica y J Juul inventoacute los frenos aerodinaacutemicos de
emergencia en punta de pala que se sueltan por la fuerza centriacutefuga en caso de
sobrevelocidad
Baacutesicamente el mismo sistema es hoy en diacutea utilizado en los modernos aerogeneradores de
regulacioacuten por peacuterdida aerodinaacutemica El aerogenerador que durante muchos antildeos fue el
maacutes grande del mundo fueacute increiacuteblemente duradero Funcionoacute durante 11 antildeos sin
mantenimiento
El aerogenerador de Gedser fue reacondicionado en 1975 a peticioacuten de la NASA que
queriacutea resultados de medicioacuten de la turbina para el nuevo programa estadounidense de
energiacutea eoacutelica La maacutequina funcionoacute durante pocos antildeos para las mediciones de prueba
antes de ser desmantelada La carcasa y el rotor de la turbina se exponen actualmente en el
Museo de Electricidad de Bjerringbro (Dinamarca)
31
Foto 6 Aerogenerador de Gedser reacondicionado por la NASA
132 Las turbinas Nibe
Despueacutes de la primera crisis del petroacuteleo de 1973 muchos paiacuteses iniciaron su intereacutes en la
energiacutea eoacutelica En el mundo entero las compantildeiacuteas de energiacutea eleacutectrica dirigieron
inmediatamente su atencioacuten a la construccioacuten de grandes aerogeneradores por ejemplo en
Alemania Dinamarca Suecia el Reino Unido y los EEUU En 1979 se construyeron
varios aerogeneradores de 630kW En muchos sentidos las turbinas resultaron
extremadamente costosas y en consecuencia el alto precio de la energiacutea devino un
argumento clave en contra de la energiacutea eoacutelica
14 AEROGENERADORES A PARTIR DE LOS 80
Christian Riisager un carpintero estadounidense construyoacute un pequentildeo aerogenerador de
22kW en su propio jardiacuten utilizando el disentildeo del aerogenerador de Gedser como punto de
partida Utilizoacute componentes estaacutendar que no resultaban costosos (por ej un motor eleacutectrico
como generador partes de un vehiacuteculo como multiplicador y freno mecaacutenico) donde le fue
posible
32
El aerogenerador de Riisager resultoacute ser un eacutexito en muchos casas de campo de todo el
mundo y su eacutexito proporcionoacute la inspiracioacuten para la construccioacuten a partir de los antildeos 80 de
los actuales aerogeneradores
Foto 7 Aerogenerador de Riisager
141 Disentildeos competitivos de turbinas
Algunos disentildeos incluido el de Riisager estaacuten en parte basados en la soacutelida experiencia del
aerogenerador de Gedser o en las claacutesicas rosas de los vientos multipala americanas de
lento movimiento otras eran maacutes revolucionarias incluyendo las maacutequinas Darrieus de eje
vertical (veacutease foto 8) las maacutequinas que utilizan aletas para el control de potencia o
hidraacuteulica para el sistema de transmisioacuten etc La mayoriacutea de maacutequinas eran muy pequentildeas
para los estaacutendares actuales normalmente de 5 a 11kW
33
Foto 8 Aerogenerador Darrieus de eje vertical
142 La maacutequina Twind
La maacutequina Twind de 2MW fue una maacutequina totalmente revolucionaria La maacutequina era
una maacutequina corriente abajo con un diaacutemetro de rotor de 54m girando a velocidad variable
con un generador siacutencrono y con una conexioacuten indirecta a red utilizando electroacutenica de
potencia La maacutequina todaviacutea funciona perfectamente y se encuentra en Dinamarca
Foto 9 Aerogenerador Twind de 2MW
34
Asiacute pues el temprano desarrollo de los aerogeneradores era un lejano clamor de los
programas de investigacioacuten subvencionados por el gobierno sobre grandes maacutequinas
llevados a cabo simultaacuteneamente en Alemania EEUU Suecia el Reino Unido o Canadaacute
Finalmente versiones mejoradas de la claacutesica maacutequina tripala corriente arriba del
aerogenerador de Gedser resultaron ser los ganadores comerciales de esta competicioacuten
143 El gran torrente eoacutelico de California
Foto 10 Granja eoacutelica en Palm Springs (California)
Alrededor de 1985 el mercado de energiacutea eoacutelica en Estados Unidos desaparecioacute de la
noche a la mantildeana con la desaparicioacuten de los esquemas de apoyo californianos a esta
tecnologiacutea Desde entonces soacutelo unas pocas nuevas instalaciones han sido puestas en
servicio aunque finalmente el mercado parece haberse recuperado En efecto una sola
compantildeiacutea la Sea West Energy Corporation de los Estados Unidos creada en 1981 instaloacute
en 14 antildeos entre 1981 y 1995 2610 turbinas eoacutelicas con una potencia total instalada de
392 Megavatios
35
15 INDUSTRIA EOacuteLICA ACTUAL4
Actualmente se maneja a nivel mundial grandes granjas eoacutelicas o parques eoacutelicos que son
un conjunto de aerogeneradores ubicados muy cerca entre si que conforman una central de
energiacutea eleacutectrica utilizando aerogeneradores de 20kW a 2MW de potencia nominal las
maacutequinas de 600 y 750kW continuacutean siendo el soporte de la industria aunque el mercado
de los megavatios despegoacute en los antildeos 90
Figura 2 Crecimiento de la energiacutea eoacutelica en el mundo
El prototipo de la turbina NEG Micon 15MW (veacutease foto 11) fue puesto en
funcionamiento en septiembre de 1995 El modelo original teniacutea un diaacutemetro de rotor de
60 metros y dos generadores de 750kW funcionando en paralelo La versioacuten maacutes reciente
es un modelo 1500750kW (con dos generadores de 750kW) con un diaacutemetro de rotor de
64m
4 Revista Mundo Eleacutectrico Colombiano No40 ABB vislumbra rentable oportunidad de crecimiento Paacutegs127-8 julio ndash septiembre de 2000
36
Foto 11 Aerogenerador NEG MICON de 15MW
La capacidad instalada mundial en MW de energiacutea eoacutelica a enero de 2002 por continente
y por paiacutes con que se cuenta actualmente se puede ilustrar en las siguientes tablas5
Tabla 1 Potencia eoacutelica en el mundo al 2002
CONTINENTE MW
Europa 17360
Norte Ameacuterica 4452
Asia 2241
Aacutefrica 179
Centro-Sur Ameacuterica 125
Oceaniacutea 110
TOTAL 24467
5 Tomado httpwwwwpmconzwindicathtmmercado mundial de la energiacutea eoacutelica
37
Tabla 2 Potencia eoacutelica instalada en Europa (2002)
PAIacuteS MW PAIacuteS MWAlemania 8753 Ucrania 40
Espantildea 3335 Finlandia 39Dinamarca 2417 Beacutelgica 31
Italia 697 Polonia 28Reino Unido 485 Turquiacutea 19
HolandandashP Bajos 483 Noruega 17Suecia 280 Luxemburgo 15Grecia 272 Repuacuteblica Checa 5
Portugal 127 Rusia 5Irlanda 125 Suiza 5Austria 95 Letonia 1Francia 85 Rumania 1TOTAL 17360
Tabla 3 Potencia eoacutelica instalada en Norte Ameacuterica (2002)
PAIacuteS MW
EEUU 4245Canadaacute 207TOTAL 4452
Tabla 4 Potencia eoacutelica instalada en Asia (2002)
PAIacuteS MW PAIacuteS MWIndia 1507 Israel 8China 399 Sri Lanka 3Japoacuten 300 Taiwaacuten 3Iraacuten 11 Jordania 2
Corea de Sur 8TOTAL 2241
Tabla 5 Potencia eoacutelica instalada en Aacutefrica (2002)
38
PAIacuteS MWEgipto 125
Marruecos 54TOTAL 179
Tabla 6 Potencia eoacutelica instalada en Centroameacuterica y Ameacuterica del Sur (2002)
PAIacuteS MW PAIacuteS MWCosta Rica 71 Zona Caribe 13
Brasil 20 Meacutexico 5Argentina 14 Chile 2TOTAL 125
Tabla 7 Potencia eoacutelica instalada en Oceaniacutea (2002)
PAIacuteS MWAustralia 73
Nueva Zelanda 37TOTAL 110
CAPIacuteTULO 2
2 EL RECURSO EOacuteLICO
21 FUENTE DE LA ENERGIacuteA EOacuteLICA
Todas las fuentes de energiacutea renovables (excepto la mareomotriz y la geoteacutermica) e incluso
la energiacutea de los combustibles foacutesiles provienen en uacuteltimo teacutermino del sol El sol irradia
cerca de 10 x 1013 kWh de energiacutea hacia la Tierra en otras palabras la Tierra recibe 1017 W
de potencia Esto supone una energiacutea alrededor de 50 a 100 veces superior a la convertida
en biomasa por todas las plantas de la tierra Las diferencias de temperatura conllevan la
circulacioacuten de aire
Foto 12 Superficie terrestre
(Tomada de un sateacutelite de la NASA NOAA-7 en julio de 1984)
Las regiones alrededor del ecuador a 0deg de latitud son calentadas por el sol maacutes que las
zonas del resto del globo (veacutease foto 12) Estas aacutereas calientes estaacuten indicadas en colores
caacutelidos rojo naranja y amarillo
40
El aire caliente es maacutes ligero que el aire friacuteo por lo que subiraacute hasta alcanzar una altura
aproximada de 10km y se extenderaacute hacia el norte y hacia el sur Si el globo no rotase el
aire simplemente llegariacutea al Polo Norte y al Polo Sur para posteriormente descender y
volver al ecuador6
211 Vientos locales vientos de montantildea
Figura 3 Caracterizacioacuten de los vientos en una montantildea
Las regiones montantildeosas muestran modelos de clima muy interesantes
Un ejemplo es el viento del valle que se origina en las laderas que dan al sur (oacute en las que
dan al norte en el hemisferio sur) Cuando las laderas y el aire proacuteximo a ellas estaacuten
calientes la densidad del aire disminuye y el aire asciende hasta la cima siguiendo la
superficie de la ladera Durante la noche la direccioacuten del viento se invierte convirtieacutendose
en un viento que fluye ladera abajo Si el fondo del valle estaacute inclinado el aire puede
ascender y descender por el valle este efecto es conocido como viento de cantildeoacuten
6 Tomado httpwwwaweaorg
41
22 LA ENERGIacuteA EN EL VIENTO DENSIDAD DEL AIRE Y AacuteREA DE BARRIDO
DEL ROTOR
Figura 4 Representacioacuten del aacuterea barrida por un rotor
Un aerogenerador obtiene su potencia de entrada convirtiendo la fuerza del viento en un par
(fuerza de giro) actuando sobre las aspas del rotor La cantidad de energiacutea transferida al
rotor por el viento depende de la densidad del aire del aacuterea de barrido del rotor y de la
velocidad del viento Esto se puede observar en la figura 4 donde se representa el aacuterea
barrida por un rotor
221 Densidad del aire
La energiacutea cineacutetica de un cuerpo en movimiento es proporcional a su masa (o peso) Asiacute la
energiacutea cineacutetica del viento depende de la densidad del aire es decir de su masa por unidad
de volumen En otras palabras cuanto maacutes pesado sea el aire maacutes energiacutea recibiraacute la
turbina A presioacuten atmosfeacuterica normal y a 15 degC el aire pesa unos 1225 kilogramos por
metro cuacutebico aunque la densidad disminuye ligeramente con el aumento de la humedad
Ademaacutes el aire es maacutes denso cuando hace friacuteo que cuando hace calor A grandes altitudes
(en las montantildeas) la presioacuten del aire es maacutes baja y el aire es menos denso
42
222 Aacuterea de barrido del rotor
Un aerogenerador tiacutepico de 3kW tiene un diaacutemetro del rotor de 4 metros lo que supone un
aacuterea del rotor de unos 1256 metros cuadrados El aacuterea del rotor determina cuanta energiacutea
del viento es capaz de capturar una turbina eoacutelica
Dado que el aacuterea del rotor aumenta con el cuadrado del diaacutemetro del rotor una turbina que
sea dos veces maacutes grande recibiraacute 22 = 2 x 2 = cuatro veces maacutes energiacutea
23 LOS AEROGENERADORES DESVIacuteAN EL VIENTO7
Figura 5 Desviacioacuten del viento producida por un aerogenerador
Un aerogenerador desviaraacute el viento antes incluso de que el viento llegue al plano del rotor
Esto significa que nunca se captura toda la energiacutea que hay en el viento utilizando un
aerogenerador
En la figura 5 se representa el flujo de viento que viene desde la derecha y se usa un
mecanismo para capturar parte de la energiacutea cineacutetica que posee el viento (la figura muestra
un rotor de dos aspas aunque podriacutea haberse tratado de cualquier otro mecanismo)
43
231 Tubo de corriente de aire
El rotor del aerogenerador debe obviamente frenar el viento cuando captura su energiacutea
cineacutetica y la convierte en energiacutea rotacional Esto implica que el viento se moveraacute maacutes
lentamente en la parte izquierda del rotor que en la parte derecha Dado que la cantidad de
aire que pasa a traveacutes del aacuterea barrida por el rotor desde la derecha (por segundo) debe ser
igual a la que abandona el aacuterea del rotor por la izquierda el aire ocuparaacute una mayor seccioacuten
transversal (diaacutemetro) detraacutes del plano del rotor
Este efecto puede apreciarse en la figura 5 donde se muestra un tubo imaginario el
llamado tubo de corriente alrededor del rotor del aerogenerador El tubo de corriente
muestra como el viento movieacutendose lentamente hacia la izquierda ocuparaacute un gran volumen
en la parte posterior del rotor El viento no seraacute frenado hasta su velocidad final
inmediatamente detraacutes del plano del rotor El frenado del viento se produciraacute gradualmente
en la parte posterior del rotor hasta que la velocidad llegue a ser praacutecticamente constante
232 Tubo de corriente de aire ciliacutendrico
Se puede objetar que un aerogenerador girariacutea incluso situaacutendolo dentro de un tubo
ciliacutendrico normal Por supuesto se estaraacute en lo cierto al pensar que el rotor de un
aerogenerador puede girar si se situase dentro de un enorme tubo de cristal como el de la
figura 6 pero ocurre lo siguiente
7 Tomado httpwwwwindpowerorgestourwrestubehtm
44
Figura 6 Corriente de aire en un tubo ciliacutendrico
El viento de la parte izquierda del rotor se mueve a menor velocidad que el de la parte
derecha pero al mismo tiempo se sabe que el volumen de aire que entra al tubo por la
derecha cada segundo debe ser el mismo que el volumen de aire que sale del tubo por la
izquierda Con ello se puede deducir que si el viento encuentra alguacuten obstaacuteculo dentro del
tubo (en este caso el rotor) parte del viento que llega desde la derecha debe ser desviado de
la entrada del tubo (debido a la alta presioacuten del aire en el extremo derecho del tubo)
Por tanto el tubo ciliacutendrico no es una representacioacuten muy exacta de lo que ocurre cuando el
viento encuentra un aerogenerador por lo que la imagen de la figura 5 en forma de botella
es la maacutes cercana a la realidad
24 RELACIOacuteN DE LA POTENCIA DEL VIENTO CON EL CUBO DE LA
VELOCIDAD DEL VIENTO
La velocidad del viento es el factor de mayor importancia para la cantidad de energiacutea que
un aerogenerador puede transformar en electricidad la cantidad de energiacutea que posee el
viento variacutea con el cubo (la tercera potencia) de la velocidad media del viento pej si la
velocidad del viento se duplica la cantidad de energiacutea que contenga seraacute 23 = 2 x 2 x 2 =
ocho veces mayor
45
Figura 7 Graacutefica de la relacioacuten de potencia especiacutefica del viento con la velocidad del
viento
Ahora se puede explicar porque la energiacutea que contiene el viento variacutea con la tercera
potencia de su velocidad En el caso de turbinas eoacutelicas se usa la energiacutea de frenado del
viento por lo que si se dobla la velocidad del viento se tendraacute dos veces maacutes porciones
ciliacutendricas de viento movieacutendose a traveacutes del rotor cada segundo y cada una de esas
porciones contiene cuatro veces maacutes energiacutea
25 MEDICIOacuteN DE LA VELOCIDAD DEL VIENTO ANEMOacuteMETROS
Las mediciones de las velocidades del viento se realizan normalmente usando un
anemoacutemetro de cazoletas (ver figura 8) El anemoacutemetro de cazoletas tiene un eje vertical
tres cazoletas que capturan el viento y una veleta para detectar la direccioacuten del viento el
nuacutemero de revoluciones por segundo son registradas electroacutenicamente En lugar de
cazoletas el anemoacutemetro puede estar equipado con heacutelices aunque no es lo habitual
46
Figura 8 Anemoacutemetro de Cazoletas
Otros tipos de anemoacutemetros incluyen ultrasonidos o anemoacutemetros provistos de laacuteser que
detectan el desfase del sonido o la luz coherente reflejada por las moleacuteculas de aire los hay
tambieacuten de hilo electrocalentado que detectan la velocidad del viento mediante pequentildeas
diferencias de temperatura entre los cables situados en el viento y en la sombra del viento
(cara a sotavento)
26 MEDICIONES DE LA VELOCIDAD DEL VIENTO EN LA PRAacuteCTICA8
261 Informacioacuten empiacuterica
Esta informacioacuten se recoge con base a visitas realizadas al lugar donde las condiciones de
topografiacutea de vegetacioacuten y la investigacioacuten con los habitantes de la regioacuten aportan una
informacioacuten valiosa en la identificacioacuten de los lugares con un alto nivel de velocidad de
viento como se puede ver en la foto 13 en donde se observa la deformacioacuten de un aacuterbol
causada por la incidencia permanente de viento Si ya existen aerogeneradores en el aacuterea
los resultados de produccioacuten son una excelente guiacutea de las condiciones de viento locales
Informacioacuten empiacuterica puntual puede ser deducida a partir de la escala de Beaufort (tabla
8) que indica las caracteriacutesticas de incidencia de viento en la tierra
8 PINILLA S Aacutelvaro Manual de aplicacioacuten de la energiacutea eoacutelica Bogotaacute INEA 1997 p21
47
Foto 13 Aacuterbol deformado a causa de la incidencia del viento
Tabla 8 Escala de Beaufort para la intensidad de viento9
Numero deBeaufort
Velocidad de viento(ms)
Efectos observados en tierra
0 00 ndash 02 Calma humo asciende verticalmente
1 03 ndash 15 El humo indica la direccion del viento aspas demolinos no se mueven
2 16 ndash 33 Se siente el viento en la cara se mueven las hojas delos aacuterboles aspas de molinos se empiezan a mover
3 34 ndash 54 Hojas y ramas pequentildeas se mueven constantementebanderas livianas se extienden
4 55 ndash 79 Polvo hojas y papel en el piso se levanta ramas semueven
5 80 ndash 107 Pequentildeos aacuterboles comienzan a bambolear
6 108 ndash 138 Ramas grandes de los aacuterboles en movimiento silbido
9 OLADE Prospeccioacuten Evaluacioacuten y Caracterizacioacuten de la Energiacutea Eoacutelica Ecuador 1990
48
emana de cuerdas
7 139 ndash 171 Todo aacuterbol se mueve resistencia fuerte al caminarcontra el viento
8 172 ndash 207 Ramitas y ramas de los aacuterboles se rompen caminar esdificil
9 208 ndash 244 Las ramas medianas de los aacuterboles se quiebran
10 245 ndash 283 Los aacuterboles son arrancados y dantildeadas las techumbres
11 284 ndash 325 Destrozos extensos (Borrarsca)
12 326 ndash 369 Destrozos extensos (Huracaacuten)
13 370 ndash 414 Destrozos extensos (Huracaacuten)
14 415 ndash 461 Destrozos extensos (Huracaacuten)
15 462 ndash 508 Destrozos extensos (Huracaacuten)
16 509 ndash 558 Destrozos extensos (Huracaacuten)
17 559 ndash 611 Destrozos extensos (Cicloacuten)
262 Anemoacutemetros totalizadores
El anemoacutemetro deberaacute estar localizado en un lugar donde las condiciones sean limpias con
muy pocos obstaacuteculos alrededor y a una altura de 10m a 12m sobre la superficie del
terreno
Asiacute pues al realizar la lectura el visualizador del odoacutemetro deberaacute estar localizado muy
cerca del suelo ya que las torres para la instalacioacuten de anemoacutemetros por lo general no son
lo suficientemente robustas para sostener el peso de una persona que ascienda para realizar
las lecturas(veacutease figura 9)
Con la recopilacioacuten de esta informacioacuten totalizada y con promedio de velocidad de viento
se caracteriza formalmente el reacutegimen de vientos presente en un lugar identificaacutendose con
gran certeza las variaciones tanto diurnas como mensuales
49
Figura 9 Anemoacutemetro de Recorrido
263 Meacutetodo de correlacioacuten
Este meacutetodo de estimacioacuten permite combinar mediciones realizadas en un lugar especiacutefico
con registradores de velocidad de viento de cualquier tipo con los datos publicados y
suministrados por el servicio de meteorologiacutea (en Colombia el IDEAM y Corporaciones
Regionales) en estaciones aledantildeas al lugar
Se puede realizar mediciones de viento por un periodo corto de tiempo en un lugar (por
ejemplo algunos cuantos meses) y al comparar con datos obtenidos simultaacuteneamente en
una estacioacuten metereoloacutegica cercana al lugar se pueden producir coeficientes numeacutericos de
proporcionalidad a traveacutes de comparar los valores promedios medidos (diurnos yo
mensuales) con los datos publicados por el servicio de meteorologiacutea
27 RUGOSIDAD DEL TERRENO10
A alturas de alrededor de un kiloacutemetro la superficie terrestre apenas ejerce influencia
alguna sobre el viento Sin embargo en las capas maacutes bajas de la atmoacutesfera las velocidades
10 Tomado httpwwwwindpowerorgestourwresshearhtm
50
del viento se ven afectadas por la friccioacuten con la superficie terrestre En la industria eoacutelica
se distingue entre rugosidad del terreno la influencia de los obstaacuteculos y la influencia del
contorno del terreno tambieacuten llamada orografiacutea del aacuterea
En general cuanto maacutes pronunciada sea la rugosidad del terreno mayor seraacute el frenado que
experimente el viento Obviamente los bosques y las grandes ciudades frenan mucho el
viento mientras que las pistas de hormigoacuten de los aeropuertos soacutelo lo frenan ligeramente
las superficies de agua son incluso maacutes lisas que las pistas de hormigoacuten y tendraacuten por tanto
menos influencia sobre el viento mientras que la hierba alta y los arbustos frenaraacuten el
viento de forma considerable
271 Clase y longitud de rugosidad
En la industria eoacutelica la gente suele referirse a clase de rugosidad o longitud de rugosidad
cuando se trata de evaluar las condiciones eoacutelicas de un paisaje (ver tabla 9) Una alta
rugosidad de clase 3 oacute 4 se refiere a un paisaje con muchos aacuterboles y edificios mientras que
a la superficie del mar le corresponde una rugosidad de clase 0
Las pistas de hormigoacuten de los aeropuertos pertenecen a la clase de rugosidad 05 al igual
que el paisaje abierto y llano abierto (ver foto 14) El teacutermino longitud de rugosidad es en
realidad la distancia sobre el nivel del suelo a la que teoacutericamente la velocidad del viento
deberiacutea ser nula
Tabla 9 Clase y longitud de rugosidad
Clase derugosidad
Longitudde
rugosidad(m)
Iacutendicede
energiacutea()
Tipo de paisaje
51
0 00002 100 Superficie del agua
05 00024 73Terreno completamente abierto con una superficie lisapej pistas de hormigoacuten en los aeropuertos ceacutespedcortado etc
1 003 52 Aacuterea agriacutecola abierta sin cercados ni setos y con edificiosmuy dispersos Soacutelo colinas suavemente redondeadas
15 0055 45 Terreno agriacutecola con algunas casas y setos resguardantes de8 metros de altura con una distancia aproximada de 1250m
2 01 39 Terreno agriacutecola con algunas casas y setos resguardantes de8 metros de altura con una distancia aproximada de 500m
25 02 31Terreno agriacutecola con muchas casas arbustos y plantas osetos resguardantes de 8 metros de altura con una distanciaaproximada de 250m
3 04 24Pueblos ciudades pequentildeas terreno agriacutecola con muchoso altos setos resguardantes bosques y terreno accidentado ymuy desigual
35 08 18 Ciudades maacutes grandes con edificios altos
4 16 13 Ciudades muy grandes con edificios altos y rascacielos
Foto 14 Paisaje llano correspondiente a una rugosidad de 05
28 VARIABILIDAD DE LA VELOCIDAD DEL VIENTO
281 Variabilidad del viento a corto plazo
La velocidad del viento estaacute siempre fluctuando por lo que el contenido energeacutetico del
viento variacutea continuamente La fluctuacioacuten depende tanto de las condiciones climaacuteticas
como de las condiciones de superficie locales y de los obstaacuteculos la produccioacuten de energiacutea
52
de una turbina eoacutelica variaraacute conforme variacutee el viento aunque las variaciones maacutes raacutepidas
seraacuten hasta cierto punto compensadas por la inercia del rotor del aerogenerador
Figura 10 Ejemplo de la variabilidad de la velocidad de viento de un sitio determinado
282 Variaciones diurnas (noche y diacutea) del viento
En la mayoriacutea localizaciones del planeta el viento sopla maacutes fuerte durante el diacutea que
durante la noche La figura 11 muestra en intervalos de 3 horas como variacutea la velocidad
del viento a lo largo del diacutea en una ubicacioacuten de un aerogenerador especifico
esta variacioacuten se debe a las diferencias de temperatura El viento presenta tambieacuten maacutes
turbulencias y tiende a cambiar de direccioacuten maacutes raacutepidamente durante el diacutea que durante la
noche Desde el punto de vista de los propietarios de aerogeneradores el hecho de que la
mayor parte de la energiacutea eoacutelica se produzca durante el diacutea es una ventaja ya que el
consumo de energiacutea entonces es mayor que durante la noche
53
Figura 11 Ejemplo de la variacioacuten diaria del viento de un sitio determinado
29 OBSTAacuteCULOS AL VIENTO
Los obstaacuteculos del viento tales como edificios aacuterboles formaciones rocosas etc pueden
disminuir la velocidad del viento de forma significativa y a menudo crean turbulencias en
torno a ellos
Figura 12 Vista lateral de la corriente de viento alrededor de un obstaacuteculo
Como puede verse en la figura 12 cuando las corrientes de viento fluyen alrededor de un
obstaacuteculo la zona de turbulencias puede extenderse hasta una altura alrededor de 3 veces
superior a la altura del obstaacuteculo La turbulencia es maacutes acusada detraacutes del obstaacuteculo que
delante de eacutel Asiacute pues lo mejor es evitar grandes obstaacuteculos cerca de las turbinas eoacutelicas y
en particular si se encuentran en la parte donde sopla en viento dominante es decir en
frente de la turbina
Figura 13 Vista superior de la corriente de aire alrededor de un obstaacuteculo
54
291 Resguardo tras los obstaacuteculos
Los obstaacuteculos disminuiraacuten la velocidad del viento corriente abajo del obstaacuteculo Esta
disminucioacuten depende de la porosidad del obstaacuteculo es decir de que tanta resistencia posea
el obstaacuteculo al paso del viento (la porosidad se define como el aacuterea libre dividida por el
aacuterea total del objeto de cara al viento) Obviamente un edificio es soacutelido y no tiene
porosidad mientras que un aacuterbol completamente abierto en invierno (sin hojas) puede dejar
pasar a su traveacutes maacutes de la mitad del viento Sin embargo en verano el follaje puede ser
muy denso con lo que puede hacer disminuir la porosidad hasta dejarla en una tercera
parte El efecto de frenado del viento que un obstaacuteculo produce aumenta con la altura y la
longitud del mismo obviamente el efecto seraacute maacutes pronunciado cerca del obstaacuteculo y
cerca del suelo
210 EFECTOS ACELERADORES11
2101 Efecto tuacutenel
Si se toma un camino entre dos edificios altos o en un paso estrecho entre montantildeas se
observaraacute que se da el mismo efecto el aire se comprime en la parte de los edificios o de la
montantildea que estaacute expuesta al viento y su velocidad crece considerablemente entre los
obstaacuteculos del viento
11 Tomado httpwwwwindpowerorgestourspeeduphtm
55
Figura 14 Representacioacuten graacutefica del efecto tuacutenel
Esto es lo que se conoce como efecto tuacutenel (figura 14) Asiacute pues incluso si la velocidad
normal del viento en un terreno abierto puede ser de 6 metros por segundo en un tuacutenel
natural puede faacutecilmente alcanzar los 9 metros por segundo
Situar un aerogenerador en un tuacutenel de este tipo es una forma inteligente de obtener
velocidades del viento superiores a las de las aacutereas colindantes Para obtener un buen efecto
tuacutenel el tuacutenel debe estar suavemente enclavado en el paisaje
En el caso de que las colinas sean muy accidentadas puede haber muchas turbulencias en
esa aacuterea es decir el viento soplaraacute en muchas direcciones diferentes y con cambios muy
raacutepidos Si hay muchas turbulencias la ventaja que supone la mayor velocidad del viento se
veraacute completamente anulada y los cambios en el viento pueden causar dantildeos y desgastes
innecesarios en el aerogenerador
2102 Efecto de la colina
Una forma corriente de emplazar aerogeneradores es situaacutendolos en colinas o estribaciones
dominando el paisaje circundante (figura 15a) En particular siempre supone una ventaja
tener una vista lo maacutes amplia posible en la direccioacuten del viento dominante en el aacuterea
56
Figura 15a Representacioacuten graacutefica del efecto de la colina
En las colinas siempre se aprecian velocidades de viento superiores a las de las aacutereas
circundantes Una vez maacutes esto es debido a que el viento es comprimido en la parte de la
montantildea que da al viento y una vez el aire alcanza la cima de la colina puede volver a
expandirse al descender hacia la zona de bajas presiones por la ladera a sotavento de la
colina
Figura 15b Vista lateral del efecto de la colina
Como se observa en la figura 15b el viento empieza a inclinarse alguacuten tiempo antes de
alcanzar la colina debido a que en realidad la zona de altas presiones se extiende hasta una
distancia considerable enfrente de la colina Tambieacuten el viento se hace muy irregular una
vez pasa a traveacutes del rotor del aerogenerador
57
Al igual que en el efecto tuacutenel si la colina es escarpada o tiene una superficie accidentada
puede haber una cantidad de turbulencias significativa que puede anular la ventaja que
supone tener unas velocidades de viento mayores
CAPIacuteTULO 3
3 ASPECTOS TEOacuteRICOS
31 TECNOLOGIacuteA DE AEROGENERADORES12
311 Eje
3111 Aerogeneradores de eje horizontal
La mayor parte de la tecnologiacutea de aerogeneradores utilizada en la energiacutea eoacutelica son de eje
horizontal o HAWTs (horizontal axis wind turbines) La finalidad del rotor es la de
convertir el movimiento lineal del viento en energiacutea rotacional que pueda ser utilizada para
hacer funcionar el generador El mismo principio baacutesico es el que se utiliza en las modernas
turbinas hidraacuteulicas en las que la corriente de agua es paralela al eje de rotacioacuten de los
alabes de la turbina
3112 Aerogeneradores de eje vertical
Los aerogeneradores de eje vertical o VAWTs son como las norias (maacutequinas para sacar
agua compuesta de un engranaje y un tambor que lleva colgada una serie vasijas) asiacute
algunos tipos de turbinas de eje vertical realmente tambieacuten podriacutean trabajar con un eje
horizontal aunque apenas seriacutean capaces de mejorar la eficiencia de una turbina de tipo
heacutelice La uacutenica turbina de eje vertical que ha sido comercialmente fabricada para diversas
capacidades es la maacutequina Darrieus que debe su nombre al ingeniero franceacutes Georges
Darrieus quien patentoacute el disentildeo en 1931
12 MANATTINI Martiacuten Sistema conversor de energiacutea eoacutelica a 10kW Buenos Aires 2000 Trabajo de grado(Ingeniero Mecaacutenico) Universidad del Rosario Facultad de Ingenieriacutea Mecaacutenica
58
La maacutequina Darrieus se caracteriza por sus palas en forma de C que le hacen asemejarse a
un batidor de huevos Normalmente se construye con dos o tres palas(ver foto 15)
Foto 15 Maacutequina Darrieus
Las principales ventajas teoacutericas de una maacutequina de eje vertical son
1 Puede situar el generador el multiplicador etc en el suelo y puede no tener que
necesitar una torre para la maacutequina
2 No necesita un mecanismo de orientacioacuten para girar el rotor en contra del viento
Las principales desventajas son
1 A pesar que se puede evitar la torre las velocidades de viento seraacuten maacutes bajas en la
parte inferior (sitio del montaje del rotor)
2 La eficiencia promedio de las maacutequinas de eje vertical no es tan alta
3 La maacutequina no es de arranque automaacutetico es decir una maacutequina Darrieus
necesitaraacute un empuje antes de arrancar Sin embargo se puede utilizar el
generador como motor absorbiendo corriente de red para arrancar la maacutequina
4 La maacutequina puede necesitar cables tensores que la sujeten aunque esta solucioacuten no
es practicable en aacutereas muy cultivadas
5 Para sustituir el cojinete principal del rotor se necesita desmontar el rotor (esto es
aplicable tanto en las maacutequinas de eje horizontal como en las de eje vertical) En el
caso de las maacutequinas verticales esto implica que todo el sistema deberaacute ser
desmontado
59
312 Rotor
El rotor de una turbina eoacutelica es la parte esencial para conversioacuten de energiacutea cineacutetica del
aire en energiacutea mecaacutenica rotacional uacutetil en el eje se compone de las aspas y el cubo
(elemento de sujecioacuten de las aspas y conexioacuten del eje del equipo)
3121 Maacutequinas con rotor a barlovento
Las maacutequinas con rotor a barlovento tienen el rotor de cara al viento la gran mayoriacutea de los
aerogeneradores tienen este disentildeo La principal ventaja de los disentildeos corriente arriba es
que se evita el abrigo del viento tras la torre Por otro lado tambieacuten hay algo de abrigo
enfrente de la torre es decir el viento empieza a desviarse de la torre antes de alcanzarla
incluso si la torre es redonda y lisa
Foto 16 Aerogenerador con rotor a barlovento
El principal inconveniente de los disentildeos corriente arriba es que el rotor necesita ser
bastante inflexible y estar situado a una cierta distancia de la torre Ademaacutes una maacutequina
corriente arriba necesita un mecanismo de orientacioacuten para mantener el rotor de cara al
viento
60
3122 Maacutequinas con rotor a sotavento
Foto 17 Aerogenerador con rotor a sotavento
Las maacutequinas con rotor a sotavento tienen el rotor situado en la cara a sotavento de la torre
La ventaja teoacuterica que tienen es que pueden ser construidos sin un mecanismo de
orientacioacuten ya que el rotor y la carcasa tienen un disentildeo apropiado que hace que la carcasa
siga al viento pasivamente
La siguiente tabla relaciona el tamantildeo la potencia nominal del equipo y la velocidad tiacutepica
de rotacioacuten del rotor para una velocidad de viento nominal de 12ms
Tabla 10 Tamantildeo tiacutepico de aerogeneradores y su velocidad de rotacioacuten
Diaacutemetro del
rotor (m)
Potencia nominal a 12
ms del viento
Velocidad de rotacioacuten
tiacutepica (rpm)
10 100W 1000
25 1kW 500
70 8kW 200
175 50kW 80
250 100kW 50
400 260kW 35
Estos valores estaacuten sujetos a variaciones dependiendo de las caracteriacutesticasdel lugar de instalacioacuten del aerogenerador
61
313 Nuacutemero de aspas13
3131 Tripala
La mayoriacutea de aerogeneradores modernos tienen disentildeos tripala con el rotor a barlovento
en la cara de la torre que da al viento usando motores eleacutectricos en sus mecanismos de
orientacioacuten A este disentildeo se le suele llamar el claacutesico concepto daneacutes y tiende a
imponerse como estaacutendar al resto de conceptos evaluados La gran mayoriacutea de las turbinas
vendidas en los mercados mundiales poseen este disentildeo El concepto baacutesico fue introducido
por primera vez por el ceacutelebre aerogenerador de Gedser Otra de las caracteriacutesticas es el uso
de un generador asiacutencrono
Figura 16 Aerogenerador de tres aspas
3132 Bipala (oscilantebasculante)
Los disentildeos bipala de aerogeneradores tienen la ventaja de ahorrar el costo de una aspa y
por su puesto su peso Sin embargo suelen tener dificultades para penetrar en el mercado
en parte porque necesitan una mayor velocidad de giro para producir la misma energiacutea de
salida Esto supone una desventaja tanto en lo que respecta al ruido como al aspecto visual
Aproximadamente desde principios de los antildeos 90 varios fabricantes tradicionales de
maacutequinas bipala han optado por cambiar a disentildeos tripala
13 Tomado httpwwwwindpowerorgestourdesignconceptshtm
62
Figura 17a Aerogenerador de dos aspas
Las maacutequinas bi y monopala requieren de un disentildeo maacutes complejo con un rotor basculante
(buje oscilante) como el que se muestra en la figura 17b es decir el rotor tiene que ser
capaz de inclinarse con el fin de evitar fuertes sacudidas en la turbina cada vez que una de
las aspas pase por la torre Asiacute pues el rotor estaacute montado en el extremo de un eje
perpendicular al eje principal y que gira junto con el eje principal Esta disposicioacuten puede
necesitar de amortiguadores adicionales que eviten que las aspas del rotor choquen contra
la torre
Figura 17b Aerogenerador de dos aspas con rotor basculante
63
3133 Monopala
Los aerogeneradores monopala existen y ahorran el costo de otra aspa sin embargo los
aerogeneradores monopala no estaacuten muy extendidos comercialmente pues los
inconvenientes de los bipala tambieacuten son aplicables e incluso en mayor medida a las
maacutequinas monopala
Figura 18a Aerogenerador de una aspa
Ademaacutes de una mayor velocidad de giro y de los problemas de ruido y de intrusioacuten visual
necesitan un contrapeso en el lado del buje opuesto a la aspa que equilibre el rotor (veacutease
figura 18b) Obviamente esto anula el ahorro de peso comparado con un disentildeo bipala
Figura 18b Disposicioacuten del contrapeso de un aerogenerador monopala
64
314 Generador
Figura 19 Disposicioacuten tiacutepica de elementos de un aerogenerador
El aerogenerador convierte la energiacutea mecaacutenica en energiacutea eleacutectrica Los aerogeneradores
son algo inusuales si se les compara con los otros equipos generadores que suelen
encontrarse conectados a la red eleacutectrica
Una de las razones es que el generador debe trabajar con una fuente de potencia el rotor de
la turbina eoacutelica que suministra una potencia mecaacutenica muy variable (momento torsor)
3141 Generadores de corriente continua
El dinamo es una maquina eleacutectrica sencilla que se viene utilizando desde hace mucho
tiempo y que no presenta demasiadas complicaciones Su mayor inconveniente tal vez es
que utiliza escobillas en el colector lo que exige un mantenimiento superior al de los
alternadores
En los dinamos el inducido es el rotor la corriente generada en las bobinas inducidas es
alterna pero la salida se obtiene mediante dos semianillos en un giro por dos escobillas
colectoras que con el tiempo se desgastan Las bobinas inductoras se encuentran en el
estator y son alimentadas en serie o en paralelo por la corriente generada por la propia
maquina El arranque se realiza utilizando el magnetismo remanente en los polos inducidos
65
3142 Generadores de excitacioacuten o sincronos
Los generadores sincronos son alternadores claacutesicos que reciben la corriente de excitacioacuten
en forma de corriente continua bien sea desde una fuente exterior o desde otro alternador
auxiliar con rectificador incorporado Estos alternadores presentan ventajas sobre los
dinamos debido a que proporcionan mayor potencia con el mismo peso y a que trabajan a
un margen de revoluciones maacutes amplio Otra ventaja importante es que reciben la corriente
inductora en el motor a traveacutes de dos anillos completos por los que se deslizan las
escobillas y por los que pasan solo bajas intensidades resultando maacutes robustos que los
dinamos y con menos requisitos de mantenimiento Finalmente los alternadores sincronos
funcionan siempre de forma muy regular y pueden trabajar tanto en paralelo con la red
como alimentando sistemas eoacutelicos autoacutenomos
3143 Generadores de induccioacuten o asiacutencronos
Los generadores de induccioacuten reciben la corriente de excitacioacuten de una fuente exterior que
puede ser la red o alguacuten generador auxiliar pero en cualquier caso se trata de una corriente
alterna que crea un campo magneacutetico alterno de la misma frecuencia en el inductor
Los sistemas de control de los generadores de induccioacuten tienen la ventaja de que utilizan u
rotor jaula de ardilla el cual no necesita ni anillos ni escobillas Sin embargo el hecho de
depender de la red limita su aplicacioacuten y hay que prever los efectos de posibles fallos en la
alimentacioacuten o sobretensiones que ocurren con relativa frecuencia en las redes rurales
3144 Voltaje generado (tensioacuten)
Los generadores anteriormente mencionados pueden producir corriente alterna o corriente
directa Los equipos eoacutelicos de generacioacuten producen electricidad a una variedad de voltajes
desde 12 a 24VDC para carga de bateriacuteas o desde 120 a 240VCA para interconexioacuten con
la red eleacutectrica aunque se pueden conseguir otros voltajes seguacuten necesidad
En grandes aerogeneradores (alrededor de 100-150kW) el voltaje generado por la turbina
suele ser de 690V de corriente alterna trifaacutesica CA Posteriormente la corriente es enviada
a traveacutes de un transformador anexo a la turbina (o dentro de la torre) para aumentar su
voltaje entre 10000 y 30000V dependiendo del estaacutendar de la red eleacutectrica local
66
3145 Sistema de refrigeracioacuten
Todos los tipos de generadores necesitan refrigeracioacuten durante su funcionamiento En la
mayoriacutea de turbinas la refrigeracioacuten se lleva a cabo mediante encapsulamiento del
generador en un conducto utilizando un gran ventilador para la refrigeracioacuten por aire
aunque algunos fabricantes usan generadores refrigerados por agua Los generadores
refrigerados por agua pueden ser construidos de forma maacutes compacta lo que tambieacuten les
proporciona algunas ventajas en cuanto a rendimiento eleacutectrico se refiere aunque precisan
de un radiador en la carcasa para eliminar el calor del sistema de refrigeracioacuten por liacutequido
3146 Opciones de disentildeo en generadores y conexioacuten a red
Las turbinas eleacutectricas pueden ser disentildeadas tanto con generadores siacutencronos como
asiacutencronos y con varias formas de conexioacuten directa o conexioacuten indirecta a red del
generador
La conexioacuten directa a red significa que el generador estaacute conectado directamente a la red
de corriente alterna (generalmente trifaacutesica) La conexioacuten indirecta a red significa que la
corriente que viene de la turbina pasa a traveacutes de una serie de dispositivos eleacutectricos que
ajustan la corriente para igualarla a la de la red En generadores asiacutencronos esto ocurre de
forma automaacutetica
315 Sistema de transmisioacuten14
Este sistema convierte la energiacutea rotacional suministrada por la turbina a traveacutes de su eje
en movimiento para alimentacioacuten del generador eleacutectrico En sistemas pequentildeos (menos de
10kW de potencia eleacutectrica nominal) se utiliza comuacutenmente generadores de imanes
permanentes especialmente disentildeados para ser aclopados a turbinas eoacutelicas y por tanto no
se utiliza una caja de aumento de velocidad de rotacioacuten realizaacutendose una conexioacuten directa
entre el rotor y el generador teniendo en cuenta que la turbina eoacutelica gira entre 30 y 100
rpm dependiendo su diaacutemetro
14 PINILLA S Aacutelvaro Manual de aplicacioacuten de la energiacutea eoacutelica Bogotaacute DC INEA 1997 p43
67
3151 Sistema de transmisioacuten sin engranajes
Se usan generadores multipolos de baja velocidad de grandes dimensiones que implica
cierta desventaja en el transporte especialmente en la magnitud de los MW de otro lado el
nuacutemero de partes de maquinaria se reduce considerablemente (caja de engranajes
elementos de acople pocos elementos rotacionales) ademaacutes el disentildeo de la carcasa se
simplifica se usa en combinacioacuten de un control por peacuterdidas aerodinaacutemicas y un sistema de
orientacioacuten eleacutectrico de la turbina se evita asiacute mismo cualquier lubricacioacuten esta es una
ventaja de mantenimiento y operacioacuten Los costos son mayores con respecto a la
transmisioacuten con engranajes Su aplicacioacuten es muy limitada debido a la dificultad en el
transporte como consecuencia de su gran tamantildeo y tambieacuten por su alto costo
3152 Sistema de transmisioacuten con engranajes
Es la forma tradicional de disentildear una turbina esta es la unioacuten entre el rotor y el generador
por medio de una transmisioacuten de engranajes y acoples Su costo es menor presenta una
carcasa maacutes compacta lo cual es posible con la integracioacuten de muchos componentes dentro
de la caja de engranajes correctamente disentildeado es capaz de tener una vida uacutetil de 20 antildeos
aproximadamente y el cambio de aceite lubricante puede ser hecho pocas veces La gran
mayoriacutea de fabricantes de aerogeneradores en todo el mundo utiliza este sistema ya que su
tamantildeo se reduce considerablemente asiacute como su costo
316 Torres
La torre del aerogenerador soporta la carcasa y el rotor En los grandes aerogeneradores las
torres tubulares pueden ser de acero de celosiacutea o de hormigoacuten
Las torres tubulares tensadas con cables de acero solo se utilizan en aerogeneradores de
baja potencia (cargadores de bateriacuteas etc)
68
3161 Torres tubulares de acero
La mayoriacutea de los grandes aerogeneradores actualmente se instalan con torres tubulares de
acero como las de la foto 18 fabricadas en secciones de 20-30metros con bridas en cada
uno de los extremos y son unidas con pernos Las torres son tronco-coacutenicas es decir con
un diaacutemetro creciente hacia la base con el fin de aumentar su resistencia y al mismo tiempo
ahorrar material
Foto 18 Torres tubulares de acero
3162 Torres de celosiacutea
Las torres de celosiacutea son fabricadas utilizando perfiles de acero soldados La ventaja baacutesica
de las torres de celosiacutea es su costo puesto que una torre de celosiacutea requiere soacutelo la mitad de
material que una torre tubular sin sustentacioacuten adicional con la misma rigidez La principal
desventaja de este tipo de torres es su apariencia visual En cualquier caso por razones
esteacuteticas las torres de celosiacutea han desaparecido praacutecticamente en los grandes
aerogeneradores modernos
69
Foto 19 Aerogenerador con torre de celosiacutea
3163 Torres de maacutestil tensadas con cables de acero
Muchos de los aerogeneradores pequentildeos estaacuten construidos con delgadas torres de maacutestil
sostenidas por cables tensores La ventaja es el ahorro de peso y por lo tanto de costo La
desventaja es el difiacutecil acceso a las zonas alrededor de la torre
Finalmente este tipo de torres es maacutes propensa a sufrir actos vandaacutelicos lo que
compromete la seguridad del conjunto
Foto 20 Aerogenerador con torre de maacutestil tensado
70
317 Sistema eleacutectrico15
La conversioacuten de energiacutea de muchas turbinas modernas puede ser dividida en 3 conceptos
principales maacutequinas con velocidad constante maacutequinas con 1 o 2 velocidades y maacutequinas
de velocidad variable Los 3 principales componentes para conversioacuten de energiacutea en
turbinas eoacutelicas son rotor caja de engranajes y generador
En las maacutequinas de velocidad constante el generador es directamente conectado a la red
principal (esta red es la del sistema de transmisioacuten) La frecuencia de la red determina la
velocidad rotacional del generador y asiacute la del rotor
La baja velocidad rotacional del rotor de la turbina (Vrotor) es trasladada a la velocidad
rotacional del generador con la relacioacuten de transmisioacuten (r) de la caja de engranajes La
velocidad de generador depende del nuacutemero de polos (p) y la frecuencia de la red (Fred)
rVV generadorrotor ==== pFV redgenerador ==== prFV redrotor ====
Las ventajas maacutes grandes de las turbinas eoacutelicas con generadores asiacutencronos son
1 La simple y econoacutemica construccioacuten
2 No existen mecanismos de sincronizacioacuten
Como desventajas se tiene
1 Las altas corrientes de arranque
2 Su demanda por potencia reactiva
En maacutequinas de velocidad variable el generador es conectado a la red por un sistema
inversor electroacutenico o el embobinado de excitacioacuten del generador es movido por una
frecuencia externa de un inversor
15 URIBE C Juan P Estudio sobre la viabilidad teacutecnica y econoacutemica del uso de sistemas hiacutebridos para lageneracioacuten de energiacutea eleacutectrica Bogotaacute DC 1996 Trabajo de grado (Ingeniero Eleacutectrico) Universidad delos Andes Facultad de Ingenieriacutea Eleacutectrica
71
En el primer caso se habla de sistemas generadores con corriente directa asociada al
inversor y en el segundo caso se habla de sistemas del generador asincroacutenico doble
La idea baacutesica de la turbina de velocidad variable es la posibilidad de separacioacuten de la
velocidad rotacional del generador y asiacute del rotor de la frecuencia de la red El rotor puede
operar con velocidad variable ajustado a la velocidad del viento actual de la situacioacuten
Las principales ventajas son
1 Reduccioacuten de la potencia
2 Reduccioacuten de las fluctuaciones de carga mecaacutenicas cambiando la energiacutea eoacutelica en
energiacutea rotacional del rotor de la turbina
3 Mejor ajuste de la velocidad del rotor para operar con un coeficiente de potencia
maacuteximo
3171 Conexioacuten a la red de las turbinas
La conexioacuten de las turbinas a los sistemas suplementarios es posible a
1 Sistemas de bajo voltaje para turbinas pequentildeas a medianas hasta 300kW
2 Sistemas de voltaje medio para turbinas medianas a grandes y pequentildeas a medianas
granjas eoacutelicas hasta 10 a 15MW
3 Sistemas de voltaje alto grandes granjas eoacutelicas
Muchas de las turbinas son conectadas al sistema de voltaje medio debido a las altas
peacuterdidas en los voltajes de liacutenea bajos
Cada una de la turbinas en las granjas eoacutelicas tienen un propio transformador del nivel de
voltaje medio Para granjas eoacutelicas grandes se requiere una subestacioacuten separada por la
transformacioacuten del sistema de voltaje medio al sistema de voltaje alto requerido
72
32 EXTRACCIOacuteN DE POTENCIA16
Los aerogeneradores usan la energiacutea eoacutelica del flujo de viento Sus rotores reducen la
velocidad del viento V1 a una velocidad V2 detraacutes del rotor (ver figura 20)
Figura 20 Caracterizacioacuten del viento para la extraccioacuten de potencia en un aerogenerador
Para evaluar la energiacutea contenida por el viento se deben hacer las siguientes
consideraciones
El viento en el momento de pasar a traveacutes del rotor del aerogenerador lleva una energiacutea
que es igual a
]Julios[vm50E2
VVv ==== (1)
Donde
Ev Energiacutea cineacutetica [J]
vV Velocidad del viento [ms]
mV Masa del viento [kg]
16 RESTREPO V Aacutelvaro H Aerogeneracioacuten experimental de baja potencia Bogotaacute DC 1998 Trabajo demagiacutester (Ingeniero Mecaacutenico) Universidad de los Andes Facultad de Ingenieriacutea Mecaacutenica
73
Como el viento que pasa a traveacutes del rotor no se acumula la cantidad de masa de viento
por unidad de tiempo que esta antes del rotor es la misma despueacutes de haber pasado por el
Es decir
]skg[vAm vrvv ρρρρ==== (2)
Donde
mv Flujo maacutesico del viento [kgs]
ρρρρv Densidad del viento [kgm3] (aprox 12kgm3)
Ar Aacuterea barrida por el rotor [m2]
vv Velocidad del viento [ms]
La potencia que tiene el viento dividiendo por la unidad de tiempo la ecuacioacuten (1) es
]vatios[vm50P 2vvv ==== (3)
Si se reemplaza la ecuacioacuten (2) en la ecuacioacuten (3) se obtiene la potencia eoacutelica medida en
vatios la cual es directamente proporcional al cubo de su velocidad
]vatios[vA50P 3vrvv ρρρρ==== (4)
En donde
Pv Potencia del viento en vatios [W]
Sin embargo no toda la potencia del viento puede ser convertida a energiacutea mecaacutenica del
rotor si toda la potencia se aprovechara la velocidad del viento detraacutes del rotor seria igual
a cero Como esto no sucede existe un liacutemite para la extraccioacuten de dicha potencia
denominado el liacutemite de Betz
74
321 Potencia maacutexima uacutetil extraiacuteda al viento
El porcentaje maacuteximo teoacuterico que se puede obtener de la potencia del viento teniendo en
cuenta el liacutemite de Betz es entonces
]vatios)[vA50(5930P 3vrvUV ρρρρ==== (5)
Donde
PUV Potencia maacutexima uacutetil extraiacuteda del viento [W]
0593 Liacutemite de Betz (Coeficiente de desarrollo)
El coeficiente de desarrollo [Cp] en condiciones ideales es 1627 = 0593 el cual se va
explicar seguidamente de acuerdo con la ley de Betz
3211 La ley de Betz
La ley de Betz fue formulada por primera vez por el fiacutesico alemaacuten Albert Betz en 1919 y
dice que ldquosoacutelo puede convertirse menos de 1627 (el 59) de la energiacutea cineacutetica en
energiacutea mecaacutenica usando un aerogeneradorrdquo
3212 Demostracioacuten de la ley de Betz17
Se considera cosa bastante razonable que la velocidad promedio del viento a traveacutes del
aacuterea del rotor es el promedio de la velocidad del viento sin perturbar antes de la turbina
eoacutelica v1 y la velocidad del viento despueacutes de su paso por el plano del rotor v2 (veacutease
figura 20) esto es
(((( )))) 22v1v ++++ (6)
La masa de la corriente de aire a traveacutes del rotor durante un segundo es
2)2v1v(Am rv ++++==== ρρρρ (7)
75
Donde
m Masa por segundo
ρρρρv Densidad del aire
Ar Aacuterea barrida por el rotor
[(v1+v2)2] Velocidad del viento promedio a traveacutes del aacuterea del rotor
La potencia del viento extraiacuteda por el rotor es igual a la masa por la diferencia de los
cuadrados de la velocidad del viento (de acuerdo con la segunda ley de Newton)
)2v1v(m)21(P 22 minusminusminusminus==== (8)
Sustituyendo en esta expresioacuten la m de la ecuacioacuten (9) se obtiene la siguiente expresioacuten
para la potencia extraiacuteda del viento
r22 A)2v1v()2v1v()4(P ++++minusminusminusminus==== ρρρρ (9)
Ahora este resultado se compara con la potencia total de una corriente de viento no
perturbada a traveacutes de exactamente la misma aacuterea sin ninguacuten rotor que bloquee el viento
Llamando a esta potencia P0
r3 A1v)2(Po ρρρρ==== (10)
La relacioacuten entre la potencia que extraemos del viento y la potencia del viento sin perturbar
es
))1v2v(1()1v2v(1()21()PoP( 2 ++++minusminusminusminus==== (11)
17 Tomado http wwwwindpowerorgesstatbetzprohtm
76
Asiacute se puede dibujar PP0 en funcioacuten de v2v1
Figura 21 Potencia maacutexima extraiacuteda del viento
Se puede ver que la funcioacuten alcanza su maacuteximo para v2v1 = 13 (0333) y que el valor
maacuteximo de la potencia extraiacuteda del viento es de 059 veces oacute 1627 de la potencia total del
viento
CAPIacuteTULO 4
4 ANAacuteLISIS TEacuteCNICO
41 DETERMINACIOacuteN DEL SITIO
Para desarrollar la presente aplicacioacuten teacutecnica de la energiacutea eoacutelica fue seleccionado como
sitio la vereda Tibista zona rural de Saboyaacute municipio del departamento de Boyacaacute El
sitio fue seleccionado gracias a las caracteriacutesticas topograacuteficas de esta zona debido a que la
vegetacioacuten es fundamentalmente hierba con pocos aacuterboles pequentildeos (ya que este es un
factor muy importante que se tuvo en cuenta) Este lugar esta a una altura de 2800 msnm
411 Saboyaacute (Boyacaacute)
Su cabecera estaacute localizada a los 5deg42rsquo03rdquo de latitud norte y 73deg46rsquo08rdquo de longitud oeste
con una temperatura media de 14degC a 2600msnm localizado a una distancia de 85km de
Tunja El aacuterea municipal es de 251km2 y limita por el norte con el departamento de
Santander por el este con los municipios de Santa Sofiacutea y Sutamarchan por el sur con
Chiquinquiraacute y por el oeste con Bricentildeo y Chiquinquiraacute Su territorio es montantildeoso y
corresponde a la cordillera oriental su principal afluente es el riacuteo Suaacuterez
Seguacuten censo de 1993 la poblacioacuten de la cabecera municipal era de 671 habitantes y el
sector rural teniacutea 12177 habitantes las actividades econoacutemicas de mayor importancia son
la agricultura (maiacutez papa plaacutetano y cafeacute) la ganaderiacutea y el comercio
78
Figura 22 Ubicacioacuten del municipio de Saboyaacute (Boyacaacute)
412 Vereda Tibista
Esta vereda se encuentra localizada a 2800 msnm a una distancia de 5km de la cabecera
municipal de Saboyaacute seguacuten censo realizado por la subdireccioacuten de geografiacutea del Instituto
Geograacutefico Agustiacuten Codazzi en su esquema de ordenamiento territorial municipal 2001 ndash
2009 para Saboyaacute la poblacioacuten para esta vereda era de 1600 habitantes su vegetacioacuten
predominante es el curubo el maiacutez y pasto para ganaderiacutea Para la ubicacioacuten geograacutefica de
esta vereda ver anexo 1
42 METODOLOGIacuteA GENERAL PARA LA REALIZACIOacuteN DEL PROYECTO
La metodologiacutea que se describe a continuacioacuten seraacute la utilizada para realizar una apropiada
evaluacioacuten del recurso eoacutelico en la vereda Tibista y posterior anaacutelisis de ingenieriacutea para el
montaje del sistema conversor de energiacutea eoacutelica
1 Estudio del potencial eoacutelico para la zona haciendo un anaacutelisis del reacutegimen de vientos
2 Modelamiento matemaacutetico para calcular la entrega de energiacutea eoacutelica
79
3 Estimacioacuten del consumo de energiacutea eleacutectrica para una vivienda rural incluyendo la
bomba centriacutefuga para el suministro de agua y equipos utilizados en el aacuterea agriacutecola
4 Anaacutelisis para el desempentildeo del aerogenerador
5 Caacutelculo del banco de bateriacuteas
6 Caacutelculo del inversor
7 Caacutelculo del regulador
8 Montaje final del sistema conversor de energiacutea eoacutelica
421 Estudio del potencial eoacutelico
Se contoacute con datos confiables de medicioacuten de velocidad de viento tomados a 10m de altura
con respecto a la superficie suministrados por la CAR (Corporacioacuten Autoacutenoma Regional
de Cundinamarca) gracias a una estacioacuten metereoloacutegica que esta entidad teniacutea ubicada en
la vereda Tibista zona rural de Saboyaacute llamada ldquoALTO SABOYAacuterdquo Con la informacioacuten
recopilada se obtiene un promedio del reacutegimen de vientos anual mensual diario y horario
ademaacutes un estudio de frecuencia por horas Todo esto para hallar la funcioacuten de densidad de
probabilidad de Weibull que caracteriza el comportamiento del viento a nivel general para
hallar el factor de forma K que se explicaraacute en el numeral 422
4211 Estacioacuten ldquoAlto Saboyaacuterdquo
En la tabla 11 se muestran los datos de la estacioacuten metereoloacutegica utilizada por la CAR
para el estudio de reacutegimen de vientos y en el anexo 2 se puede observar la ubicacioacuten
geograacutefica de dicha estacioacuten
Tabla 11 Datos geograacuteficos de la estacioacuten metereoloacutegica
ESTACIOacuteN 2401520 ALTO SABOYAacute
Entidad CAR Zona norte
Latitud 0543N Departamento Boyacaacute
Longitud 7349W Municipio Saboyaacute
Elevacioacuten 2800 msnm Cuenca Riacuteo Suaacuterez
80
4212 Anaacutelisis del reacutegimen de vientos
La informacioacuten del reacutegimen de vientos se puede ilustrar en la tabla 12 la cual nos indica el
promedio diario y mensual durante 1997 En el anexo 3 se pueden observar los regiacutemenes
de vientos de la estacioacuten ldquoALTO SABOYAacuterdquo de antildeos anteriores a 1997 con el fin de
justificar que el potencial eoacutelico para la zona no ha cambiado intensamente en el tiempo
Tabla 12 Direccioacuten predominante y velocidad media diaria del viento en ms para la
estacioacuten ldquoALTO SABOYAacuterdquo
DIA ENERO FEBRERO MARZO ABRIL MAYO JUNIO JULIO AGOSTO SEPTIEM OCTUBRE NOVIEM DICIEM
1 SW 26 E 98 SW 26 NE 71 NE 75 NE 81 E 29 E 85 NW 212 E 52 NE 59 SW 27 NE 72 E 67 NE 60 E 55 E 64 NE 303 NE 83 E 58 NE 63 E 45 N 45 NE 50 E 92 E 65 NE 314 NW 27 E 66 E 62 N 59 E 33 N 49 N 21 E 78 E 58 NE 795 NW 25 W 36 NE 57 E 65 NE 28 N 41 E 56 E 84 E 58 NE 1006 E 39 NW 25 NE 28 E 65 NE 55 NE 63 N 85 NE 81 E 57 NE 957 NE 51 W 29 E 40 E 60 NW 22 NE 73 NE 147 NE 97 NE 32 NE 878 E 50 NE 30 E 38 E 94 W 26 N 54 E 118 E 115 NE 52 N 629 NE 25 NE 39 NE 26 E 35 E 86 E 39 NE 63 NE 99 E 50 NW 2510 NE 21 NE 34 E 47 E 46 E 70 E 84 NE 58 E 65 E 59 E 5411 SW 22 NE 76 E 47 E 35 NE 50 NE 63 N 27 E 55 NE 3112 W 31 E 91 E 69 E 52 NE 54 E 91 E 58 SE 31 NE 3613 NW 31 E 103 E 87 E 62 NE 83 N 60 NE 75 NE 74 SW 2514 NW 23 E 114 E 57 E 62 NE 65 N 67 N 50 NE 74 SW 32 SW 4515 SW 35 E 90 E 42 E 50 NE 42 N 50 N 48 NE 124 SW 24 W 2316 W 26 NE 42 NE 43 E 88 E 92 NE 39 NE 66 N 54 NE 117 SW 28 NE 2917 NW 24 NE 72 NE 32 E 83 E 76 NE 74 NE 79 N 66 NE 88 W 35 NE 3218 W 30 E 72 E 61 E 100 NE 44 NE 107 NE 65 E 68 NW 32 NE 4019 SW 26 NW 24 NE 75 NE 57 NE 88 N 65 NE 39 NE 18 E 3720 SW 23 E 57 W 56 N 57 NE 60 NE 81 NE 83 NE 46 NE 34 E 4121 E 32 W 54 N 47 NE 26 NE 67 N 61 NE 29 NE 32 NE 5422 SW 26 W 51 E 76 NE 40 N 59 N 61 E 43 N 43 E 8423 W 31 E 58 W 47 NE 88 NE 107 NE 64 E 35 E 37 E 8324 E 30 E 70 SW 31 W 20 NE 44 NE 157 E 59 E 61 NE 82 NE 3125 E 29 E 67 SW 32 NW 23 NE 37 NE 151 E 100 E 73 N 55 W 2726 W 29 E 69 SW 41 NE 28 NE 44 NE 146 E 121 NE 82 N 28 SW 3627 W 30 E 91 W 52 E 27 E 32 NE 122 NE 133 NE 94 N 42 W 3728 SW 34 E 98 W 45 W 34 NE 95 NE 99 N 28 NE 3129 W 34 S 37 E 51 NE 88 E 74 E 110 NE 29 E 6130 W 38 S 33 NE 89 NE 54 N 26 NE 50 NE 45 E 4731 SW 26 S 37 NE 49 E 50 E 74
MEDIA SW 29 E 55 E 54 E 48 E 67 NE 50 NE 80 NE 75 NE 68 NE 50 E 48 NE 54
MEDIA NE 57
81
Con los datos descritos en la tabla 12 se procede a determinar las variaciones de la
velocidad de viento en diferentes lapsos de tiempo durante el antildeo Estos resultados se
lograron gracias a la aplicacioacuten del programa HOMERPRO (The Hybrid Optimization
Model for Electric Renewables) del NREL (National Energy Research Laboratory)18 Asiacute
NREL es un instituto del Departamento de Energiacutea de los Estados Unidos ubicado en
Colorado (California) El instituto es un centro principal para la investigacioacuten en las ceacutelulas
de combustible en la energiacutea solar en la energiacutea eoacutelica en la de las plantas Ademaacutes de los
edificios inteligentes disentildeo de vehiacuteculos avanzados en la energiacutea geoteacutermica y del
hidroacutegeno
Figura 23 Velocidad anual del viento en la vereda Tibista (ms)
18 Tomado httpwwwnrelgovhomerpro
82
Figura 24 Velocidad mensual del viento en la vereda Tibista (ms)
Figura 25 Velocidad diaria del viento en la vereda Tibista (ms)
83
Figura 26 Velocidad horaria del viento en la vereda Tibista (ms)
Analizando los datos recopilados se pudo obtener una informacioacuten de una velocidad media
anual de 57ms velocidad adecuada para llevar a cabo el proyecto de aprovechamiento
energeacutetico como se indica en la tabla 13 el montaje de un aerogenerador es viable para
este rango de velocidad
84
Tabla 13 Relaciones generales entre viabilidad y velocidad de viento para su uso como
fuente de energiacutea19
Promedio anual de velocidad de
viento a 10m de altura
Posibilidad de uso de la energiacutea eoacutelica
Menor a 3ms Usualmente no es viable a menos que existan
circunstancias especiales como las variaciones
estacioacutenales
3 ndash 4ms Puede ser una buena opcioacuten para equipos eoacutelicos de
bombeo de agua (aerobombeo) poco viable para
generacioacuten eleacutectrica con equipos eoacutelicos
(aerogeneracioacuten)
4 ndash 5ms Aerobombas son competitivas econoacutemicamente a
los equipos diesel aerogeneracioacuten con equipos
autoacutenomos es viable
Maacutes de 5ms Viable para aerobombeo y aerogeneracioacuten con
sistemas autoacutenomos
Maacutes de 6ms Viable para aerobombeo aerogeneracioacuten con
sistemas autoacutenomos y para sistemas conectados a la
red eleacutectrica
422 Modelamiento matemaacutetico para calcular la entrega de energiacutea eoacutelica20
Este anaacutelisis matemaacutetico combina el comportamiento de sistemas de conversioacuten de energiacutea
eoacutelica con las condiciones de viento como frecuencia de distribucioacuten del mismo Este
anaacutelisis permite hacer una estimacioacuten vaacutelida y bastante cercana de la produccioacuten neta de un
sistema eoacutelico cuando dicho sistema es localizado en un reacutegimen de vientos especiacutefico
Para este caso la vereda Tibista zona rural del municipio de Saboyaacute (Boyacaacute)
19 PINILLA S Aacutelvaro Manual de aplicacioacuten de la energiacutea eoacutelica Bogotaacute DC INEA 1997 p29
20 Ibid p71
85
Los registros continuos de la velocidad del viento se traducen en una curva de frecuencia de
velocidades que en realidad corresponden a un histograma de velocidades Esta curva se
hace para el antildeo completo permitiendo conocer asiacute los rangos de velocidad y el porcentaje
del tiempo total a que corresponde cada una Al agrupar los datos mensualmente se
determinar las variaciones estacioacutenales y finalmente el comportamiento del viento a largo
del antildeo La curva de frecuencia de velocidades permite conocer la cantidad de horas en la
que una velocidad dada aparece en un sitio y se le puede dar la forma de frecuencia de
energiacutea por unidad de aacuterea obteniendo la velocidad de viento de maacutexima energiacutea
De los anaacutelisis estadiacutesticos de la distribucioacuten de velocidades del viento se ha observado un
patroacuten tiacutepico al que es posible aplicarle una funcioacuten matemaacutetica La funcioacuten de distribucioacuten
de WEIBULL modela con relativa exactitud el comportamiento del viento la ecuacioacuten de
Weibull estaacute definida por
)xG(1K KexGk)x(f minusminus= (1)
Donde k es el factor de forma de Weibull que en este caso tiene un valor de 201 ( hallado
gracias al programa HOMERPRO descrito anteriormente) y χ es la variacioacuten de la
velocidad desde 0 a 30ms y G se puede calcular como
k0434O568G += (2)
01243405680G +=
78390G ====
86
Reemplazando los datos anteriormente obtenidos en la ecuacioacuten (1) se obtiene la funcioacuten de
probabilidad Posteriormente tomando valores de 0 a 30ms se encuentra la curva de
frecuencia de velocidades para la vereda Tibista (ver figura 27)
)x78390(1012 012ex78390012)x(f minusminusminusminusminusminusminusminus====
Figura 27 Probabilidad de Weibull para la vereda Tibista
423 Estimacioacuten del consumo tiacutepico para vivienda rural
En la tabla 14 se presenta la estimacioacuten del consumo de energiacutea eleacutectrica de algunos
electrodomeacutesticos que son utilizados comuacutenmente en una vivienda de este tipo incluyendo
algunos equipos agriacutecolas Se toma un estimativo de seis habitantes para dicha vivienda
87
Tabla 14 Consumo tiacutepico de energiacutea eleacutectrica en la zona de estudio
EQUIPO Cantidad Potencia (W)
Potencia Pico(W)
HorasUso
kWhDiacutea
kWhMes
Bombilla ahorradora 8 20 160 800 128 384
Equipo de sonido 1 80 80 500 04 120
Televisor 1 150 150 500 075 225
Licuadora 1 350 350 025 00875 26
Plancha 1 1000 1000 075 075 225
Nevera 1 250 250 1200 30 900
Cerca eleacutectrica 50km 10 10 24 024 72
Bomba centrifuga 1 560 560 075 042 504
TOTAL 2560 693 20024
Total kWhdiacutea = 693
Total kWhmes = 20024
Total kWhantildeo = 240288
4231 Caacutelculo de la bomba eleacutectrica
Ademaacutes de la demanda de energiacutea eleacutectrica a utilizar se hace un caacutelculo del consumo de
agua para las necesidades baacutesicas de los habitantes antes mencionados
bull Consumo por persona 55Litros por diacutea (lpd)
bull Consumo total 55lpd 6 = 330 lpd
bull Tanque de reserva 1 de1000litros
Para la escogencia de la bomba a utilizar se tiene en cuenta la altura de descarga que son
35m (veacutease figura 28) se observa que la bomba numero1 nos entrega alrededor de 225
litros por minuto (lpm) y la bomba nuacutemero 2 nos entrega 40 lpm para llenar el tanque las
bombas durariacutean en funcionamiento 45 y 25 minutos respectivamente Los 1000 litros
alcanzariacutean para 2 diacuteas y medio de consumo logrando con ello que solo se pusiera en
funcionamiento la bomba uacutenicamente durante 12 diacuteas del mes
88
Se escogioacute la bomba de frac34 hp ya que vamos a tener un consumo en el mes menor que con
la bomba de 1hp a pesar de que el tiempo de llenado es menor con esta uacuteltima Esta bomba
va a trabajar con un motor de corriente continua y se conecta directamente al banco de
bateriacuteas Este tipo de bomba centriacutefuga tiene caracteriacutesticas tales como el suministro de
agua a grandes alturas extraccioacuten de agua de pozos llanos y profundos y uso domeacutestico
Figura 28 Curva de rendimiento de bombas centrifugas
Tabla 15 Bomba Centriacutefuga
Marca Barnes Potencia (HP) frac34 Diaacutemetro de succioacuten (rdquo) 114
Ref Liacutenea jet 77 Temperatura maacutexima
de operacioacuten (degC)
70 Diaacutemetro de descarga (rdquo) 1
89
424 Anaacutelisis para el desempentildeo del aerogenerador
Teniendo el reacutegimen de vientos para la zona de estudio aplicando la curva de frecuencia de
velocidades (ver figura 27) y el consumo tiacutepico de la vivienda rural (ver tabla 14) se
procede a buscar el aerogenerador que trabaje oacuteptimamente con las caracteriacutesticas del
reacutegimen de vientos y que cumpla con la demanda de energiacutea eleacutectrica Ademaacutes se utilizara
la curva tiacutepica de potencia de cada aerogenerador que es suministrada por los fabricantes
Se hallaraacuten los kWhmes suministrados por aerogeneradores tiacutepicos de 1kW 15kW y
3kW para las condiciones anteriormente expuestas con el fin de hacer un comparativo
para seleccionar el aerogenerador que maacutes se adapte a las condiciones tanto teacutecnicas como
econoacutemicas de este proyecto
4241 Aerogenerador de 1kW
0
200
400
600
800
1000
1200
2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20
Velocidad del viento (ms)
Figura 29 Curva tiacutepica de potencia de un aerogenerador de 1kW
90
Tabla 16 Desempentildeo del aerogenerador de 1kW para la vereda Tibista
Velocidad del viento (ms)1
Potencia(W)2
Probabibilidadde viento ()3
Producto de potencia porprobabilidad de viento (W)4
1 0 476 0002 0 885 0003 0 1175 0004 35 1320 4625 76 1325 10076 138 1216 16787 276 1034 28538 401 819 32849 750 609 4567
10 900 426 383411 980 281 275412 1000 175 175013 1000 103 103014 1000 057 57015 674 030 20216 900 015 13517 850 007 06118 800 003 02419 750 001 01020 700 001 007
TOTAL 9958 24228
1 Rango de velocidades de viento de 0 a 20ms 2 Potencia eleacutectrica tiacutepica del aerogenerador para cada velocidad 3 Reacutegimen de vientos especifico para la vereda Tibista (veacutease figura 27) 4 Potencia eleacutectrica que suministra el aerogenerador para la vereda Tibista
Promedio de potencia de salida = 24228W
Energiacutea de salida mensualmente = 255kWhmes
Energiacutea de salida anualmente = 3066kWhantildeo
Energiacutea de salida diariamente = 84kWhdiacutea
91
4242 Aerogenerador de 15kW
0
500
1000
1500
2000
2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20
Velocidad del viento (ms)
Figura 30 Curva de potencia tiacutepica de un aerogenerador de 15kW
Tabla 17 Desempentildeo del aerogenerador de 15kW para la vereda Tibista
Velocidad delviento (ms)
Potencia(W)
Probabibilidadde viento ()
Producto de potencia porprobabilidad de viento (W)
1 0 476 0002 0 885 0003 180 1175 21154 300 1320 39605 410 1325 54326 600 1216 72967 800 1034 82728 1000 819 81909 1100 609 6699
10 1250 426 532511 1400 281 393412 1550 175 271213 1650 103 170014 1780 057 101515 1600 030 48016 1500 015 22517 1520 007 10618 1550 003 04619 1600 001 01620 1620 001 016
TOTAL 9958 57539
92
Promedio de potencia de salida = 57539W
Energiacutea de salida mensualmente = 38325kWhmes
Energiacutea de salida anualmente = 4599kWhantildeo
Energiacutea de salida diariamente = 1277kWhdiacutea
4243 Aerogenerador de 3kW
0500
1000150020002500300035004000
2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20
Velocidad del viento (ms)
Figura 31 Curva de potencia tiacutepica de un aerogenerador de 3kW
93
Tabla 18 Desempentildeo del aerogenerador de 3kW para la vereda Tibista
Velocidad del viento (ms)
Potencia(W)
Probabibilidadde viento ()
Producto de potencia porprobabilidad de viento (W)
1 0 476 0002 0 885 0003 250 1175 29384 510 1320 67325 760 1325 100706 1050 1216 127687 1490 1034 154078 1899 819 155539 2179 609 1327010 2499 426 1064611 2749 281 772512 3099 175 542313 3279 103 337714 3499 057 199415 3249 030 97516 2999 015 45017 3049 007 21318 3059 003 09219 3199 001 03220 3339 001 033
TOTAL 9958 107698
Promedio de potencia de salida = 107698W
Energiacutea de salida mensualmente = 7665kWhmes
Energiacutea de salida anualmente = 9198kWhantildeo
Energiacutea de salida diariamente = 2555kWhdiacutea
Con los desempentildeos mostrados por cada aerogenerador se puede deducir que
1 El aerogenerador de 1kW no suple las necesidades de energiacutea demandada
2 El aerogenerador de 15kW cumple con los requerimientos de demanda de energiacutea
sin estar sobredimensionado
3 El aerogenerador de 3kW tambieacuten cumple con la demanda de energiacutea pero de una
manera sobredimensionada y se descarta de antemano por razones de tipo
econoacutemico
94
En conclusioacuten se tiene que el aerogenerador escogido para este proyecto es el de 15kW
en el mercado internacional se pueden encontrar aerogeneradores de esta potencia nominal
de diferentes fabricantes como se muestra en la tabla 19
Tabla 19 Aerogeneradores de 15kW
ModeloDatos
Teacutecnicos
BergeyBwc Excel
1500
JBornayInclin Neo
1500
WhisperH 1500
PotenciaNominal
(W)1500 1500 1500
Velocidad del vientopara arranque
(ms)36 35 34
Velocidad parapotencia nominal
(ms)125 12 125
Nuacutemero de aspas 3 2 3
Diaacutemetro(m)
3 286 27
Material Fibra devirdiocarbono
Fibra devirdiocarbono
Fibra devirdiocarbono
GeneradorAlternador
trifaacutesico de imanespermanentes
Alternador trifaacutesico de imanes
permanentes
Alternador trifaacutesico de imanes
permanentesVoltaje
(V)122448120220 2448120220 122448120220
Voltaje banco debateriacuteas
(V)
24 24 24
Peso(kg)
38 42 35
95
425 Caacutelculo del banco de bateriacuteas
El tamantildeo del banco de bateriacuteas lo va a determinar la cantidad de amperios hora diacutea
requeridos Estos amperios hora diacutea se deducen de la tabla 14 (consumo tiacutepico de energiacutea
eleacutectrica en la zona de estudio) donde se observa que se tiene una demanda de 6930 Vatios
hora diacutea Para un aerogenerador de 15kW los fabricantes recomiendan trabajar con un
sistema a 24V entonces se tiene
iacutea28875Ahd24Vshoradiacutea6930Vatio ====dividedividedividedivide
Para tener una suplencia eficiente con el banco de bateriacuteas se asume un periodo de 5 diacuteas
en el que la velocidad del viento esteacute por debajo del miacutenimo requerido que son 35ms
para que el aerogenerador comience a entregar energiacutea
144375Ah5diacuteasiacutea28875Ahd ====
Para evitar completamente la descarga de las bateriacuteas en este lapso de tiempo se tiene que
multiplicar por el siguiente factor (este valor se toma del manual de instalacioacuten operacioacuten y
mantenimiento de Southwest Windpower Inc que es un fabricante de aerogeneradores de
15kW)
1 Paneles solares uacutenicamente (50 de descarga) 15
2 Sistemas hiacutebridos eoacutelico-solar (60 de descarga) 14
3 Sistemas eoacutelicos uacutenicamente (80 de descarga) 12
17325Ah12144375Ah ====
En general las bateriacuteas utilizadas en este tipo de instalaciones son de plomo-aacutecido de tipo
estacionario de ciclo profundo y libre mantenimiento que suministran 220Ah y 6V Para
calcular el numero de bateriacuteas del banco se tiene
8Bateriacuteasas788Bateriacute220Ah17325Ah asympasympasympasymp====dividedividedividedivide
96
Figura 32 Banco de bateriacuteas serie-paralelo
En la figura 32 se muestra el banco de bateriacuteas a utilizar el cual tiene las siguientes
caracteriacutesticas
bull Cada bateriacutea de 6V ndash 220Ah
bull Cada hilera (vertical) de conexioacuten en serie 24V ndash 220Ah
bull Total de las 2 hileras en paralelo 24V ndash 440Ah
Tabla 20 Bateriacuteas de 220Ah
Marca y modelo
Datos teacutecnicos
Trojan
B220-4
Sonnenschein
S212220Ah
YuasaExide
8DS
Voltaje (V) 6 6 6
Amperios hora
(Ah)
220 220 220
Mantenimiento Libre Libre Libre
De acuerdo a distribuidores internacionales de bateriacuteas las baterias que trabajan maacutes
eficientemente con sistemas conversores de este tipo son las Trojan B220-4 ya que
brindan una garantiacutea de cinco antildeos sin mantenimiento alguno
97
426 Caacutelculo del inversor
La funcioacuten del inversor es transformar una tensioacuten continua VCC en una tensioacuten alterna
VCA elevaacutendola de 24 a 120V La potencia nominal del inversor depende de la potencia
pico en corriente alterna demandada por el consumo tiacutepico para la zona de estudio esta
potencia pico es 2560W
Los inversores que maacutes se adaptan y que se pueden conseguir en el mercado tienen las
siguientes caracteriacutesticas
Foto 21 Inversor de 24VCD a 120VCA
Tabla 21 Inversores de 24VCD a 120VCA
Marca y modelo
Datos teacutecnicos
Ceim
SM-2500
Trace Engineering
DR3624
Voltaje 24VDC ndash 120VAC a 60Hz 24VDC ndash 120VAC a 60Hz
Potencia nominal (W) 2500 3000
Se escoge el inversor de Trace Engineering DR3624 ya que por cuestiones de disentildeo se
plantea dejar un sistema flexible que pueda estar sometido a futuras ampliaciones y ademaacutes
a conexiones de equipos externos (equipos de ordentildeo para ganado sistemas automaacuteticos de
riego bebedores automaacuteticos para ganado invernaderos motosierras etc)
98
427 Caacutelculo del regulador
El objetivo principal del regulador es estabilizar la carga desde el aerogenerador para parar
la carga cuando las bateriacuteas no lo necesiten maacutes (evitando sobrecargas) y eviten asiacute la
descarga hacia el aerogenerador cuando no hay viento Tambieacuten protege la instalacioacuten de
cortocircuitos estabiliza la tensioacuten protege contra la inversioacuten de polaridad del banco de
bateriacuteas y adapta la carga al estado de las bateriacuteas Para calcular la corriente del regulador
se tiene
VPI ====
V24kW51I =
A562I ====
El regulador que maacutes se adapta y que se puede conseguir en el mercado tiene las siguientes
caracteriacutesticas
Tabla 22 Regulador de 100A
Marca y modelo
Datos teacutecnicos
Trace Engineering
RG-100A
Voltaje (VDC) 12-24-48
Corriente nominal (A) 100
99
428 Montaje final del sistema conversor de energiacutea eoacutelica
Figura 33 Montaje del sistema conversor de energiacutea eoacutelica
(1)
(2) (3)
(5)(4)
(7)
(8)
(11)
(15)
(12)
(14)
(18)
(16) (17)
(10)
(13)
(9)
(6)
100
Este montaje incluye un tablero general de control que suministra el fabricante de cualquier
aerogenerador en donde viene incluido un rectificador trifaacutesico de corriente regulador de
tensioacuten de 24V sistema de monitoreo de carga y descarga de bateriacuteas y un interruptor de
estado soacutelido que actuacutea automaacuteticamente con el sistema de monitoreo con el fin de enviar la
carga sobrante de las bateriacuteas al disipador de carga (que tambieacuten lo suministran los
fabricantes) cuando las bateriacuteas esteacuten cargadas ademaacutes de un interruptor de frenado que
desconecta todo el sistema para que el aerogenerador se detenga A continuacioacuten se
muestran los equipos con sus especificaciones teacutecnicas utilizados para el proyecto
(1) Aerogenerador de 15kW (veacutease tabla 19)
Generador Alternador trifaacutesico
De imanes permanentes
Voltaje generador (VAC) 220
Torre Galvanizada de 3rdquo Voltaje banco de bateriacuteas (VDC) 24
(2) Sistema de monitoreo y regulador automaacutetico de carga del banco de bateriacuteas
(3) Tablero general de control
(4) Interruptor de estado soacutelido para carga automaacutetica de bateriacuteas
(5) Regulador secundario de tensioacuten de 24V
(6) Interruptor de frenado del aerogenerador
(7) Rectificador trifaacutesico de entrada corriente alterna y salida corriente continua
(8) Cortacircuitos tripolar termomagneacutetico
V3PI ====
V2203kW51I =
A943I ====
Marca Legrand In (A) 10 Voltaje (VAC) 120220
Ref DSA-3010 Capacidad interruptiva (kA) 10 (220V) Nuacutemero de polos 3
101
(9) Disipador de carga
(10) Transformador trifaacutesico
Potencia (kVA) 15
Voltaje del primario (VAC) 220 (Delta)
Voltaje del secundario (VAC) 24 (Triaacutengulo)
(11) Regulador principal de 24V (ver numeral 427)
(12) Arrancador para el motor de la bomba centrifuga
VPI ====
V24W560I =
A3323I ====
Marca Telemecanique Tensioacuten de trabajo (V) 24 Potencia (HP) frac34
Ref GV2-P22D1BW3 Reglaje de la proteccioacuten
teacutermica (A)
20 a 25 Proteccioacuten IP65
(13) Cortacircuitos monopolar de CC
VPI ====
V24kW51I =
A562I ====
Marca Merlin Gerin In (A) 65 Voltaje (VDC) 24
Ref C60H-24409 Capacidad interruptiva (kA) 10 (24V) Nuacutemero de polos 1
(14) Bomba para el suministro de agua (ver numeral 4231)
(15) Banco de bateriacuteas (ver numeral 425)
(16) Inversor de 24VDC a 120VAC (ver numeral 426)
(17) Tablero monofaacutesico de cortacircuitos termomagneacuteticos para circuitos de CA
Marca Luminex Tensioacuten de trabajo (V) 120127 Capacidad nominalbarraje principal (A)
125
Ref TML-8 Tensioacuten de aislamiento (V) 600 Nuacutemero de circuitos 8
102
(18) Cortacircuitos monopolar de CC
VPI ====
V24kW2I =
A3383I ====
Marca Merlin Gerin In (A) 100 Voltaje (VDC) 24
Ref NC100H-27254 Capacidad interruptiva (kA) 15 (24V) Nuacutemero de polos 1
43 MANUAL DE INSTALACIOacuteN OPERACIOacuteN Y MANTENIMIENTO DELAEROGENERADOR
431 Instalacioacuten
Realizar y corroborar los siguientes pasos en orden
4311 Voltaje del sistema
Todos los componentes del sistema el aerogenerador la central del sistema el disipador de
energiacutea el transformador y el inversor deben estar al mismo voltaje del banco de bateriacuteas
que para el caso de un aerogenerador de 1500W de potencia nominal los fabricantes
recomiendan 24V
4312 Instalacioacuten de la torre (localizacioacuten tipo y altura)
La altura miacutenima de la torre debe ser de 7m por encima de los aacuterboles u obstaacuteculos en un
radio de 100m La carga de empuje lateral en el extremo de la torre debe corresponder al
modelo del aerogenerador El punto maacutes alto del terreno o lugar de instalacioacuten es
generalmente el mejor Una torre autoportante ocupa menos aacuterea de terreno que una torre
soportada con cables (riendas obenques tirantes) pero es maacutes costosa Un disentildeo de torre
pivotada permite una instalacioacuten sencilla y un mantenimiento faacutecil en tierra eliminando la
necesidad de escalar
103
4313 Adquirir el tamantildeo del banco de bateriacuteas adecuado
Los sistemas de faacutebrica contienen el banco de bateriacuteas sugerido En la tabla siguiente se
puede observar el tamantildeo miacutenimo del banco de bateriacuteas para diferentes aerogeneradores de
potencia nominal
4314 Seleccioacuten del lugar para instalar el banco de bateriacuteas
Ubicar el banco de bateriacuteas en una edificacioacuten fresca seca y deshabitada Poner a funcionar
la energiacutea AC desde el inversor hasta la casa o sitio de consumo Si las bateriacuteas estaacuten en un
edifico habitado este debe ser cerrado y tener suficiente ventilacioacuten Determinar la
configuracioacuten en serieparalelo para construir un estante o montar las bateriacuteas sobre un
mueble resistente en madera tratada Dejar 5cm alrededor para ventilacioacuten y 60cm de
104
separacioacuten vertical para el acceso a los terminales y revisioacuten del agua Proteger todas las
conexiones con grasa o protector de corrosioacuten Instalar el tablero de control general (EZ-
WIRE) y el fusible del inversor (si se usa) al polo positivo de las bateriacuteas
Usar el diagrama siguiente para determinar la configuracioacuten serieparalelo del banco de
bateriacuteas para trabajar a un voltaje de 24V
4315 Instalar el tablero de control (EZ-WIRE) y el transformador
Instalar el tablero de control del sistema (EZ-WIRE) y el transformador sobre superficies
resistentes al calor Localizarlos a 3m maacuteximo uno del otro Conectar el transformador a
los terminales WIND del tablero de control con un conductor adecuado (6AWG-THW)
Conectar el tablero de control DC+ y el DC- a las bateriacuteas usando los conductores del
calibre correspondiente
105
4316 Instalar y conectar el disipador de carga
Instalar la caja de resistencias o disipador de carga sobre una superficie resistente al calor
El disipador de carga produce calor cuando las bateriacuteas estaacuten cargadas Ubicar el disipador
de carga al lado del tablero de control o donde se necesite calor
4317 Montar el interruptor de frenado
Al lado del tablero de control usando un conductor adecuado se conecta el interruptor de
frenado a los terminales ldquoWINDrdquo en el tablero de control
106
4318 Instalar el inversor y conectarlo al banco de bateriacuteas
Instalar un cortacircuitos para corriente continua entre el inversor y el positivo del banco de
bateriacuteas usando los conductores adecuados
4319 Instalar los conductores desde el extremo de la torre al transformador y
despueacutes al tablero de control
Usar 3 conductores adicionando una red a tierra desde la torre hasta el lugar de instalacioacuten
utilizando los conductores adecuados
43110 Pruebas eleacutectricas para el aerogenerador
Realizar estas pruebas antes de montar las aspas en el rotor Estas pruebas confirman que el
aerogenerador esteacute funcionando correctamente y listo para ser instalado en la torre
107
43111 Conectar los conductores y montar el aerogenerador en la torre
Instrucciones de montaje
1 Revisar el ajuste de los accesorios de insercioacuten dentro de la torre Se tolera un juego
maacuteximo de 15mm Debe ser posible desplazar el inserto con los pernos de montaje
ajustadamente dentro de la torre
2 Instalar el accesorio de insercioacuten en el eje vertical con el agujero no roscado
orientado hacia abajo (1) Usar un compuesto sellador para roscas en todas las
uniones roscadas
3 Instalar los tornillos M8x30 (2) y la arandela de seguridad (4) en este agujero
ademaacutes de la contratuerca (6) como tuerca de seguridad para los tornillos (7) y
ajustarlos en el accesorio de insercioacuten
4 Usar caperuzas plaacutesticas o pernos conectores para hacer las conexiones eleacutectricas
5 Cubrir muy bien los tornillos conectores con suficiente cinta aislante para prevenir
cortos con la torre
6 Soportar bien los conductores para evitar que se separen o rompan por su propio
peso
108
7 Deslizar el eje vertical del generador sin las aspas dentro de la torre e instalar
todos los componentes tal como se muestra en la siguiente figura Use compuesto
sellador para roscas en todas las uniones roscadas
43112 Prueba del cableado del aerogenerador al tablero de control
No se pueden instalar las aspas hasta haber pasado las pruebas Repita el paso 11 activando
el interruptor de frenado (brake switch ldquoONrdquo) para poner los cables en corto
109
110
43113 Instalar el timoacuten o cola
111
43114 Instalar las aspas y la nariz
Para realizar la instalacioacuten de estas partes el interruptor de frenado debe estar activado
(brake switch ldquoONrdquo)
Instrucciones de instalacioacuten
1 La parte del aspa con la cinta guiacutea (borde de ataque) debe estar hacia abajo cuando
el aspa esteacute a la derecha de la platina de montaje
2 Introducir los tornillos (1) a traveacutes de la platina de montaje y del aspa La cabeza del
tornillo debe estar del lado del rotor y de la platina de montaje
3 Instalar una arandela plana (2) con el lado redondeado hacia la fibra de vidrio y una
tuerca (3) con un torque de 14 lbs-pie No ajustar excesivamente pues puede
quebrar la fibra de vidrio
4 Instalar la nariz (9) la arandela de caucho contra el protector (5a) la arandela plana
(5) la arandela divisoria de presioacuten (6) y el tornillo (4)
43115 Izar la torre siguiendo las instrucciones del fabricante con el interruptor defrenado en posicioacuten ldquoONrdquo
112
44 OPERACIOacuteN NORMAL
441 Controles y caracteriacutesticas del tablero de control
4411 Seccioacuten de control
El interruptor WIND ONOFF se utiliza para frenar o detener el aerogenerador El
interruptor del circuito ofrece proteccioacuten para sobrecarga y puede ser usado para
desconectar las cargas DC
4412 Seccioacuten del sistema de monitoreo
Selector de tres posiciones Ubicado a la izquierda en el tablero
1 Posicioacuten Izquierda Indica amperios o voltios de acuerdo con el selector
2 Posicioacuten Central APAGADO (OFF) ademaacutes reduce la descarga de la bateriacutea El
regulador permanece encendido
3 Posicioacuten Derecha Indica los voltioscelda de la bateriacutea cuando el selector tambieacuten
estaacute en la posicioacuten ldquoVoltsCellrdquo Los voltios para cada celda de la bateriacutea tambieacuten se
113
indican como porcentaje de carga de la bateriacutea en la escala vertical o MEDIDOR
DE CARGA DE LA BATERIA (BATTERY FUEL GAUGE) Este es el indicador
maacutes confiable de carga de la bateriacutea y no se ve afectado por eventos de baja o alta
descarga o por el proceso de carga La bateriacutea debe estar conectada por lo menos
durante 6 horas para obtener una lectura precisa
Botoacuten selector ubicado a la derecha
1 VoltsCell Indica el estado de carga de bateriacuteas del tipo de plomo aacutecido
2 V-Bat Indica el voltaje actual de la bateriacutea con una precisioacuten de una deacutecima de
voltio
3 A-Bat Muestra amperios positivos si la bateriacutea se estaacute cargando Indica amperios
negativos si la bateriacutea se estaacute descargando Utilice estos controles para entender y
monitorear los efectos de las fuentes de consumo
4 A-Wind Indica la carga en amperios del aerogenerador Se usa para medir la
velocidad del viento y monitorear el desempentildeo del aerogenerador
114
442 Operacioacuten del regulador automaacutetico de carga
El regulador automaacutetico de carga del banco de bateriacuteas incorporado previene sobrecargas
de la bateriacutea y asegura una larga vida de las bateriacuteas con un consumo miacutenimo de agua
4421 Luz indicador de regulacioacuten
Si es intermitente indica que la bateriacutea ha alcanzado su estado de flotacioacuten y parte de la
energiacutea se esta desviando al disipador de carga o caja de resistencias El proceso de carga
del banco de bateriacuteas seraacute cada vez maacutes lento hasta que se cargue completamente cada
vez habraacute maacutes carga desviaacutendose al disipador de carga o caja de resistencias
4422 Posicioacuten de flotacioacuten
Seleccionar el voltaje maacuteximo de la bateriacutea que permitiraacute el regulador Usar las posiciones
maacutes altas cuando las bateriacuteas esteacuten en lugares friacuteos
Posiciones sugeridas
bull Uacutenicamente viento Fijar a 245-25 Voltioscelda (VoltsCell) No es necesario
igualar el voltaje de las celdas Revisar el nivel del agua cada seis meses
bull Igualacioacuten Utilizar 27-28 Voltioscelda (VoltsCell) despueacutes de llenar las celdas
de la bateriacutea cargar por 24 horas Monitorear la temperatura y el nivel del agua
mientras ecualiza
115
443 Iniciar el aerogenerador
Colocar el interruptor de frenado (WIND) en la posicioacuten ldquoONrdquo despueacutes de que la heacutelice
gire leer la corriente de carga del viento (A-Wind) en la pantalla o monitor
4431 Operacioacuten de la heacutelice del aerogenerador
En vientos menores a 3-4ms la heacutelice no giraraacute si estaacute completamente quieta En vientos
por encima de 3-4 ms las heacutelices comenzaraacuten a girar lentamente y despueacutes de 1 a 10
minutos alcanzaraacute unas rpm donde las aspas seraacuten praacutecticamente invisibles Una vez las
aspas esteacuten en movimiento continuaraacuten girando en vientos tan bajos como 2ms En
vientos normales la corriente de carga aumentaraacute raacutepidamente al incrementarse la velocidad
del viento (por la foacutermula que relaciona directamente la potencia con el cubo de la
velocidad del viento) y a la velocidad nominal del viento usted podraacute leer la corriente
nominal en la pantalla en la posicioacuten ldquoA-Windrdquo
En vientos muy altos la corriente de carga decreceraacute a medida que la maacutequina se pliega por
la accioacuten del rotor basculante para protegerse a siacute misma de dantildeos
444 Encienda el inversor
Seguir las instrucciones del fabricante del inversor
445 Consumo de electricidad propia
Ahora se tiene energiacutea eleacutectrica del viento Con el inversor se tiene energiacutea AC para
electrodomeacutesticos comunes Revisar diariamente el estado de carga de las bateriacuteas Si las
bateriacuteas siempre estaacuten cargadas la luz del regulador siempre estaacute encendida se puede
agregar maacutes iluminacioacuten y electrodomeacutesticos y usarlos durante un mayor nuacutemero de horas
al diacutea
Si baja el nivel de carga de las bateriacuteas se estaacute usando maacutes electricidad de la que el
aerogenerador esta produciendo Reducir las horas de uso y el nuacutemero de luces y
electrodomeacutesticos Utilizar bombillos y electrodomeacutesticos eficientes Reducir las cargas
cuando las bateriacuteas esteacuten cargadas menos del 40
116
45 MANTENIMIENTO
451 Mensual
4511 Revisar el interruptor de seguridad (para revisar el cableado eleacutectrico)
Detener el aerogenerador en un viento moderado (cargando pero no plegado) Cuando se
detenga la heacutelice no se debe observar ni detectar ninguna dificultad inusual o ruido
extrantildeo Cuando se presenta alguacuten ruido mientras se activa el interruptor de frenado esto
puede indicar un cable desconectado
117
4512 Revisar el estado mecaacutenico observar y escuchar desde la base de la torre
Usar binoculares No debe presentarse ninguacuten ruido mecaacutenico cascabeleo o vibracioacuten La
heacutelice y la cola no deben cabecear o tambalearse Si se requiere se debe escalar o bajar la
torre para su inspeccioacuten No debe presentarse ninguacuten zumbido ni al oiacutedo ni al tacto cuando
se coloque la mano sobre la torre
4513 Inspeccionar la torre
Seguir todos los requisitos de inspeccioacuten y mantenimiento que da el fabricante de la torre
Ajustar adecuadamente todas las tuercas y tornillos especialmente las conexiones de los
cables Revisar cualquier fisura pandeado o partes rotas en los anclajes y base de la
estructura Revisar que no haya hilos rotos o distensioacuten en los cables de soporte o tensioacuten
118
452 Anual
4521 Revisar el banco de bateriacuteas
Agregar agua destilada si estaacute en un nivel bajo Ajustar las conexiones de los bornes de las
bateriacuteas Remover la corrosioacuten y proteger los terminales Enjuagar las partes con solucioacuten
de soda caacuteustica
4522 Si es necesario realizar la carga de igualacioacuten de la bateriacutea
No es necesario realizar una carga de igualacioacuten si el voltaje de flotacioacuten de cada celda estaacute
en 24V o maacutes Si las bateriacuteas se descargan por largos periacuteodos o las lecturas hidromeacutetricas
de las celdas difieren por maacutes de 20 puntos (Ej 1205 vs 1230) o una celda estaacute deacutebil dar
a la bateriacutea una carga de igualacioacuten Igualar el voltaje de las celdas de las bateriacuteas
colocando el botoacuten selector de flotacioacuten en 27-28 y permitir que la bateriacutea llegue a plena
carga y gasifique libremente (reduzca la carga yo conectar un generador si es necesario)
Dejar cargar las bateriacuteas por lo menos durante 24 horas y tomar lecturas con el hidroacutemetro
La igualacioacuten se ha completado cuando las lecturas del hidroacutemetro tengan 20 puntos
maacuteximo de rango Revisar el nivel del agua y si es preciso disminuir la carga para evitar
que la bateriacutea este demasiado caliente al tacto
119
4523 Escalar la torre o bajarla y hacer una revisioacuten mecaacutenica total delaerogenerador
Ajustar cualquier pieza que se encuentre floja o cambiar las piezas desgastadas
1 Ajustar todas las tuercas y tornillos de montaje de la torre y los tornillos de montaje
del rotor
2 Revisar todos los rodamientos Se acepta un juego escasamente perceptible
3 Rellenar las fisuras de las heacutelices de fibra de vidrio con sellante de silicona
Reemplazarlas si hay alguna rota o dantildeada Reparar o reemplazar las aspas de fibra
de vidrio si estaacuten quebradas o dantildeadas
4524 Registro de mantenimiento
Observar y registrar los requisitos mensuales y anuales de inspeccioacuten Registrar todos los
trabajos de mantenimiento y reparaciones
CAPIacuteTULO 5
5 ANAacuteLISIS ECONOacuteMICO
A nivel internacional se considera que la energiacutea eoacutelica es una tecnologiacutea madura
comercialmente Sin embargo no se ha desarrollado con fuerza mas que desde hace 4 oacute 5
antildeos en los que la potencia instalada en todo el mundo se ha multiplicado por 5 Este
desarrollo no soacutelo se ha debido a la mejora tecnoloacutegica sino tambieacuten a la mejora de los
aspectos econoacutemicos no obstante los gobiernos han reconocido la existencia de unos
beneficios antildeadidos de la energiacutea eoacutelica especialmente sus ventajas medioambientales Ello
ha hecho que se introduzcan bonificaciones a los precios pagados por ella o subvenciones a
la instalacioacuten de equipos que permiten facilitar el desarrollo en las inversiones en este tipo
de energiacutea Este hecho permitioacute que se comenzara a producir a gran escala promoviendo
tanto el avance tecnoloacutegico como una reduccioacuten en los costos de fabricacioacuten Esto a su vez
ha permitido reducir el costo de generacioacuten de la energiacutea eoacutelica a niveles muy proacuteximos a
los de la generacioacuten eleacutectrica convencional Este factor junto con la existencia de unos
precios de compra favorables explica el desarrollo espectacular de los uacuteltimos antildeos
Pese a todo no hay que olvidar que la energiacutea eoacutelica por su propia naturaleza y por su
tecnologiacutea presenta maacutes riesgos en cuanto a su produccioacuten y costos que las energiacuteas
convencionales y que la disponibilidad econoacutemica es crucial para conseguir una
factibilidad yo rentabilidad aceptable de los equipos Por ello parece necesario estudiar
con alguacuten detalle todos los aspectos econoacutemicos de la energiacutea eoacutelica y el grado en que
influyen los distintos paraacutemetros
121
51 COSTOS DEL SISTEMA CONVERSOR DE ENERGIacuteA EOacuteLICA
Los costos de la energiacutea eoacutelica se pueden analizar desde distintos puntos de vista Para el
inversionista o el promotor de una instalacioacuten los costos a considerar son los costos
privados es decir los soportados directamente por eacuteste como los costos de inversioacuten de
explotacioacuten etc Sin embargo si la inversioacuten se analiza desde un punto de vista puacuteblico o
social es necesario tener en cuenta tambieacuten otros valores a la hora de determinar su
rentabilidad como el ahorro energeacutetico que se produce los costos y beneficios
medioambientales que supone la instalacioacuten
511 Costos privados
Los costos privados de un montaje de estas caracteriacutesticas son el costo de inversioacuten y el
costo de explotacioacuten
5111 Costo de inversioacuten
El costo de inversioacuten incluye el aerogenerador el banco de bateriacuteas el regulador el
inversor la torre y el montaje Como se ilustra en la tabla 19 del capitulo anterior en donde
se muestran tres clases de aerogeneradores se toma en cuenta el costo de cada uno ademaacutes
de los equipos restantes que conforman el sistema conversor de energiacutea eoacutelica con el fin
de determinar diferentes alternativas de inversioacuten Se utiliza una TRM $236328 al 29 de
mayo de 2002 sin embargo se efectuaraacute un anaacutelisis en doacutelares para ser el estudio maacutes
objetivo
El factor de importacioacuten incluye nacionalizacioacuten fletes nacionales internacionales
seguros aduana y aranceles
122
Tabla 23 Alternativa de inversioacuten 1
COSTOSFACTOR
IMPORTACIOacuteNEQUIPO ODETALLE REFERENCIA CANTIDAD VALOR
FOB(USD$) () (USD$)
VALORTOTALFINAL(USD$)
AerogeneradorJBORNAYInclin Neo
15001 2982 40 1193 4175
Banco deBateriacuteas
TROJANB220-4 8 1238 60 743 1981
Inversor 24120 TRACEDR3624 1 1007 40 404 1411
Regulador RG 100A 1 279 40 112 391Torre
Galvanizada Tilt UpTipo pesado 3 10m 0 116
BombaCentriacutefuga 1 0 4872
Montaje 1 0 2158SUB ndash TOTAL 5506 10719
TOTAL 10719 Equipos adquiridos en el paiacutes y cotizados en doacutelares a la TRM incluido el IVA
Tabla 24 Alternativa de inversioacuten 2
COSTOSFACTOR
IMPORTACIOacuteNEQUIPO ODETALLE REFERENCIA CANTIDAD VALOR
FOB(USD$) () (USD$)
VALORTOTALFINAL (USD$)
AerogeneradorBERGEYBwc Excel
15001 4134 40 1654 5788
Banco deBateriacuteas
TROJANB220-4 8 1238 60 743 1981
Inversor 24120 TRACEDR3624 1 1007 40 404 1411
Regulador RG 100A 1 279 40 112 391Torre
Galvanizada Tilt UpTipo pesado 3 10m 0 116
BombaCentrifuga 1 0 4872
Montaje 1 0 2238SUB ndash TOTAL 6658 12412
TOTAL 12412 Equipos adquiridos en el paiacutes y cotizados en doacutelares a la TRM incluido el IVA
123
Tabla 25 Alternativa de inversioacuten 3
COSTOSFACTOR
IMPORTACIOacuteNEQUIPO ODETALLE REFERENCIA CANTIDAD VALOR
FOB(USD$) () (USD$)
VALORTOTAL FINAL
(USD$)
Aerogenerador WHISPERH 1500 1 3922 40 1569 5491
Banco deBateriacuteas
TROJANB220-4 8 1238 60 743 1981
Inversor 24120 TRACEDR3624 1 1007 40 404 1411
Regulador RG 100A 1 279 40 112 391Torre
Galvanizada Tilt UpTipo pesado 3 10m 0 116
BombaCentrifuga 1 0 4872
Montaje 1 0 2224SUB ndash TOTAL 6446 12101
TOTAL 12101 Equipos adquiridos en el paiacutes y cotizados en doacutelares a la TRM incluido el IVA
51111 Costos de montaje
Los gastos de montaje incluyen costos de desplazamiento al sitio de trabajo para 3
personas estadiacutea por dos semanas que aproximadamente dura el montaje transporte de los
equipos materiales eleacutectricos e insumos para la instalacioacuten y salarios para dichas personas
Ademaacutes se incluye una utilidad del 5 sobre el valor total de los equipos para cada
alternativa
Tabla 26 Costos de montaje del sistema eoacutelico
Alte
rnat
iva Diacuteas Comidas
($)
Estadiacutea
($)
Insumos
para la
instalacioacuten
($)
Salarios
($)
Transporte
de equipos
y personal
($)
Utilidad
($)
Total
costo
($)
Montaje
(USD$)
1 10 288000 200000 1000000 2400000 200000 1011602 5099602 2158
2 10 288000 200000 1000000 2400000 200000 1202200 5290200 2238
3 10 288000 200000 1000000 2400000 200000 1167105 5255105 2224
Cotizado en pesos a nivel nacional y evaluado en doacutelares a la TRM $236328
124
EL 95 de los equipos no estaacuten sometidos al reacutegimen de impuesto de valor agregado
(IVA) gracias al decreto 2532 de 2001 a las leyes 697 de 2001 y 223 de 1995 que se
explicaran en el capitulo 7
5112 Costos de explotacioacuten
Los costos anuales de explotacioacuten son del 2 de la inversioacuten inicial Comprenden los
gastos de personal de operacioacuten y mantenimiento de reparaciones y de sustitucioacuten de
equipos como el banco de bateriacuteas que tiene que ser sustituido cada cinco antildeos
Tabla 27 Costo final de las alternativas
Alte
rnat
iva Costo de
equipos
(USD$)
Montaje
(USD$)
Valor
presente
(USD$)
Valor presente
($)
Mto anual 2 de
inversioacuten inicial
(USD$)
1 8561 2158 10719 25331998 21438
2 10174 2238 12412 29334211 24825
3 9877 2224 12101 28597222 24201
Cotizado en pesos a nivel nacional y evaluado en doacutelares a la TRM $236328
52 ANAacuteLISIS FINANCIERO DEL PROYECTO
Invertir es incurrir en la actualidad en un gasto que se espera deacute lugar a una corriente de
beneficios que haraacuten que el inversionista se halle en una posicioacuten maacutes favorable que la que
ocupariacutea en el caso de que el gasto inicial se hubiera destinado a otro uso
Asiacute es que se puede modelizar el proceso mediante la figura 34 donde C0 representa el
capital inicial invertido y FC1 FC2 FC3 FCt y FCN los flujos de fondos para cada periacuteodo
dentro de los n periacuteodos considerados
125
Figura 34 Modelo de flujo de fondos
Para determinar la factibilidad de esta inversioacuten se utilizoacute el meacutetodo del valor presente o
actualizacioacuten del flujo de fondos y para medir la rentabilidad de la misma se aplicaron los
conceptos de Valor Presente Neto (VAN) y de Tasa Interna de Retorno (TIR)
Se analizaraacute este proyecto mediante la aplicacioacuten de los meacutetodos VAN y TIR mencionados
anteriormente
Valor Actual Neto (VAN) El valor presente neto de un proyecto de inversioacuten es su valor
medido en dinero de hoy expresando esta idea de otra manera es el equivalente en pesos
actuales de todos los ingresos y egresos presentes y futuros que constituyen el proyecto
Mediante este meacutetodo se actualizan los flujos de fondos con el fin de hallar su valor actual
en el momento de la inversioacuten que si es positivo indicaraacute que el proyecto presenta un
rendimiento maacutes elevado que el costo de capital necesario para llevarlo a cabo Se expresa
mediante la siguiente ecuacioacuten
sumsumsumsumminusminusminusminus ++++
++++====n
1t tC
O)i1(
FCVAN t (2)
Donde
i es la tasa de corte de mercado
Tasa Interna de Retorno (TIR) Este iacutendice se refiere a la rentabilidad del dinero invertido
en el proyecto y puede ser mayor igual o menor que la tasa de oportunidad aplicable al
inversionista
126
Este meacutetodo se refiere al tipo de intereacutes que aplicado al capital de que se dispone al
comienzo de cada periacuteodo haraacute posible que las entradas de caja sirvan para cubrir
exactamente la totalidad de las cargas de intereacutes y para reponer el capital desembolsado
Se trata de encontrar la solucioacuten de la variable r en la siguiente ecuacioacuten
0)r1(
FCo
n
1tt
Ct ====++++
++++ sumsumsumsumminusminusminusminus
(1)
Donde
Co representa el movimiento de caja al comienzo del periacuteodo de la inversioacuten
FCt los subsiguientes flujos de capital o de caja para cada periacuteodo t
n la vida uacutetil de la inversioacuten
r la rentabilidad interna o TIR
Valor de Salvamento (Vs) Es la recuperacioacuten del capital de trabajo invertido en el
proyecto o en otras palabras el valor de venta del equipo usado al concluir la vida uacutetil del
proyecto Para el caso de este proyecto se toma el valor de salvamento Vs como un 15 de
la inversioacuten inicial para el antildeo 20 de la vida uacutetil
521 Anaacutelisis financiero para cada alternativa
Con los costos finales para cada una de las alternativas mostrados en la tabla 25 se
realizaraacute ahora un anaacutelisis financiero para cada alternativa con una cuota inicial del 30
sobre el valor total de los equipos que tienen que ser importados este porcentaje lo
determina el importador ademaacutes de un plazo de 45 diacuteas para la entrega de los equipos en el
127
sitio En este caso particular se consultoacute con AQUAIRE ECOPRODUCTOS que es una
empresa colombiana dedicada a la importacioacuten de estos sistemas conversores
El 70 restante lo financiaraacute una entidad bancaria a traveacutes de un creacutedito a un posible
inversionista El estudio del creacutedito se haraacute para 24 36 y 60 meses con el fin de buscar
cual seria la solucioacuten maacutes econoacutemica y la maacutes rentable para el posible inversionista
Ademaacutes se incluye el valor del mantenimiento por los 20 antildeos de vida uacutetil del sistema
conversor de forma anual que seraacute del 2 de la inversioacuten inicial Se busca tener una cuota
mensual fija trayeacutendola al valor presente para que solo se pague durante los primeros 5
antildeos de la vida uacutetil del aerogenerador por otro lado este mantenimiento incluye el valor de
reposicioacuten de equipos como lo es el banco de bateriacuteas que tiene que ser cambiado cada
cinco antildeos
En la diagramacioacuten de los fondos de fondos que a continuacioacuten se presentan se mostraraacute el
valor presente neto y la tasa interna de retorno de cada una de las alternativas empezando
por aquella que posee subsidio luego la que no posee subsidio y por uacuteltimo una
comparacioacuten con un estrato maacutes alto que el costo en un estrato cinco
128
Tabl
a 28
Flu
jo d
e fo
ndos
pro
yect
ado
para
las 3
alte
rnat
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Val
or
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($
)
Mes
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Cuo
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Val
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Cuo
ta m
ensu
alM
ante
nim
ient
o
men
sual
Cos
to
men
sual
Alte
rnat
iva
1
253
319
98C
uota
del
preacutes
tam
o
241
797
599
600
177
323
9891
581
442
220
958
033
63
Cuo
ta d
el
preacutes
tam
o
361
797
599
600
177
323
9867
290
442
220
715
124
41
Cuo
ta d
el
preacutes
tam
o
601
797
599
600
177
323
9848
502
342
220
527
242
78
Alte
rnat
iva
2
293
342
11C
uota
del
preacutes
tam
o
241
798
800
263
205
339
481
060
503
488
903
51
109
393
76
Cuo
ta d
el
preacutes
tam
o
361
798
800
263
205
339
4877
921
748
890
35
828
107
21
Cuo
ta d
el
preacutes
tam
o
601
798
800
263
205
339
4856
165
248
890
35
610
542
08
Alte
rnat
iva
3
285
972
22C
uota
del
preacutes
tam
o
241
798
579
167
200
180
551
033
859
476
620
41
081
521
50
Cuo
ta d
el
preacutes
tam
o
361
798
579
167
200
180
5575
964
047
662
04
807
301
95
Cuo
ta d
el
preacutes
tam
o
601
798
579
167
200
180
5554
754
147
662
04
595
202
90
129
Tabla 29 Flujo de fondos para la alternativa 1 con cuota inicial del 30 a 24 meses
Valor total del creacutedito $ 17732398 Plazo 24 meses Fecha 25-05-02
Intereacutes 2153 anual Mora 3100 anual Cuota mensual $-915814
CUOTANo FECHA CAPITAL
($)INTERES
($)CUOTA
($)SALDO
($)1 240602 -597665 -318149 -915814 17134734
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135
Tabla 32 Flujo de fondos para la alternativa 2 con cuota inicial del 30 a 24 meses
Valor total del creacutedito $20533948 Plazo 24 meses Fecha 25-05-02
Intereacutes 2153 anual Mora 3100 anual Cuota mensual $-1060503
CUOTANo FECHA CAPITAL
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($)1 240602 -692090 -368413 -1060503 19841858
2 240702 -704507 -355996 -1060503 19137350
3 230802 -717147 -343356 -1060503 18420203
4 220902 -730014 -330489 -1060503 17690189
5 221002 -743112 -317391 -1060503 16947077
6 211102 -756445 -304059 -1060503 16190632
7 211202 -770016 -290487 -1060503 15420616
8 200103 -783832 -276672 -1060503 14636784
9 190203 -797895 -262608 -1060503 13838889
10 210303 -812211 -248293 -1060503 13026678
11 200403 -826783 -233720 -1060503 12199895
12 200503 -841617 -218886 -1060503 11358278
13 190603 -856717 -203786 -1060503 10501561
14 190703 -872088 -188416 -1060503 9629473
15 180803 -887735 -172769 -1060503 8741738
16 170903 -903662 -156841 -1060503 7838076
17 171003 -919875 -140628 -1060503 6918201
18 161103 -936379 -124124 -1060503 5981822
19 161203 -953180 -107324 -1060503 5028642
20 150104 -970281 -90222 -1060503 4058361
21 140204 -987690 -72814 -1060503 3070671
22 150304 -1005410 -55093 -1060503 2065261
23 140404 -1023449 -37054 -1060503 1041812
24 140504 -1041812 -18692 -1060503 0
TOTAL -4343316 -2019705 -1060503 0
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tal d
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TER
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201
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Tabla 35 Flujo de fondos para la alternativa 3 con cuota inicial del 30 a 24 meses
Valor total del creacutedito $20018056 Plazo 24 meses Fecha 25-05-02
Intereacutes 2153 anual Mora 3100 anual Cuota mensual $-1033859
CUOTANo FECHA CAPITAL
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3 230802 -699130 -334730 -1033859 17957416
4 220902 -711673 -322186 -1033859 17245743
5 221002 -724442 -309417 -1033859 16521301
6 211102 -737440 -296420 -1033859 15783861
7 211202 -750671 -283189 -1033859 15033190
8 200103 -764139 -269720 -1033859 14269051
9 190203 -777849 -256011 -1033859 13491202
10 210303 -791805 -242055 -1033859 12699397
11 200403 -806011 -227848 -1033859 11893386
12 200503 -820472 -213387 -1033859 11072914
13 190603 -835193 -198667 -1033859 10237721
14 190703 -850178 -183682 -1033859 9387543
15 180803 -865431 -168428 -1033859 8522112
16 170903 -880959 -152901 -1033859 7641153
17 171003 -896764 -137095 -1033859 6744389
18 161103 -912854 -121006 -1033859 5831535
19 161203 -929232 -104627 -1033859 4902303
20 150104 -945904 -87955 -1033859 3956399
21 140204 -962875 -70984 -1033859 2993524
22 150304 -980151 -53709 -1033859 2013373
23 140404 -997736 -36123 -1033859 1015637
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FLU
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E FO
ND
OS
2
FLU
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E FO
ND
OS
3
200
18
144
Del anaacutelisis financiero que se le realizoacute a cada una de las alternativas de inversioacuten se puede
observar que la alternativa maacutes favorable para un posible inversionista es la alternativa 1
ya que es la maacutes econoacutemica y presenta un menor endeudamiento Por esta razoacuten se
trabajaraacute en adelante sobre la alternativa 1 baacutesicamente
Tabla 38 Costo total para la alternativa escogida
Costos
(USD$)
Montaje
(USD$)
VAN del mto
anual por
20 antildeos
(USD$)1
Valor
presente
(USD$)
Valor
presente
($)
Mto anual 2
de inversioacuten
inicial
Valor de
salvamento
15
8561 2158 2285 13004 30733037 260 46099561 VAN del flujo de caja por 20 antildeos utilizando una tasa de inflacioacuten del 7 anual
Tabla 39 Flujo de fondos proyectado para la alternativa escogida
Alternativa
1
($)
Meses Tasa
de
intereacutes
()
Cuota
inicial del
30
($)
Valor a
financiar
($)
Cuota
mensual
($)
Mto
mensual
($)
Costo
mensual
($)
30733037 Cuota
del
preacutestamo
24 179 9219911 21513126 1111074 5122173 1162296
Cuota
del
preacutestamo
36 179 9219911 21513126 816734 5122173 867596
Cuota
del
preacutestamo
60 179 9219911 21513126 588435 5122173 639656
145
Tabla 40 Flujo de fondos para la alternativa escogida con cuota inicial del 30 a 24
meses
Valor total del creacutedito $21513126 Plazo 24 meses Fecha 25-05-02
Intereacutes 2153 anual Mora 3100 anual Cuota mensual $-1111074
CUOTANo FECHA CAPITAL
($)INTERES
($)CUOTA
($)SALDO
($)1 240602 -725093 -385981 -1111074 207880332 240702 -738102 -372972 -1111074 20049930
3 230802 -751345 -359729 -1111074 19298585
4 220902 -764826 -346249 -1111074 18533759
5 221002 -778548 -332527 -1111074 17755212
6 211102 -792516 -318558 -1111074 16962695
7 211202 -806735 -304339 -1111074 16155960
8 200103 -821210 -289865 -1111074 15334750
9 190203 -835943 -275131 -1111074 14498807
10 210303 -850942 -260133 -1111074 13647865
11 200403 -866209 -244865 -1111074 12781657
12 200503 -881750 -229324 -1111074 11899906
13 190603 -897570 -213504 -1111074 11002336
14 190703 -913674 -197400 -1111074 10088662
15 180803 -930067 -181007 -1111074 9158595
16 170903 -946754 -164320 -1111074 8211841
17 171003 -963740 -147334 -1111074 7248101
18 161103 -981031 -130043 -1111074 6267070
19 161203 -998633 -112442 -1111074 5268437
20 150104 -1016550 -94525 -1111074 4251887
21 140204 -1034788 -76286 -1111074 3217099
22 150304 -1053354 -57720 -1111074 2163744
23 140404 -1072253 -38821 -1111074 1091491
24 140504 -1091491 -19583 -1111074 0
TOTAL -4550430 -2116016 -1111074 0
146
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3517
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3515
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03-2
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559
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044
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5201
09
06-5
014
09-8
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975
29-5
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3510
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5301
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104
05-7
802
9-5
884
353
838
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979
19-1
905
16-5
884
3510
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5431
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06-5
195
63-6
887
2-5
884
353
319
094
4006
09
05-4
050
58-1
833
76-5
884
359
815
638
5530
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06-5
288
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0-5
884
352
790
210
4106
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05-4
123
26-1
761
09-5
884
359
403
313
5630
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06-5
383
74-5
006
1-5
884
352
251
836
4205
11
05-4
197
23-1
687
11-5
884
358
983
589
5729
01
07-5
480
33-4
040
2-5
884
351
703
803
4305
12
05-4
272
54-1
611
81-5
884
358
556
335
5828
02
07-5
578
65-3
056
9-5
884
351
145
938
4404
01
06-4
349
20-1
535
15-5
884
358
121
416
5930
03
07-5
678
75-2
056
0-5
884
3557
806
3
4503
02
06-4
427
23-1
457
12-5
884
357
678
693
6029
04
07-5
780
63-1
037
1-5
884
350
TOTA
L-1
270
526
-22
600
82-5
884
350
149
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JOS
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(mile
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CO
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1
I=1
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1617
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2021
2223
24
215
13
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I = 1
79
01
23
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2021
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2425
2627
2829
3031
3233
3435
36
2
151
3
588
I = 1
79
01
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1213
1415
1617
1819
2021
2223
2425
2627
2829
3031
3233
3435
3637
3839
4041
4243
4445
4647
4849
5051
5253
5455
5657
5859
60
215
13
FLU
JO D
E FO
ND
OS
2
FLU
JO D
E FO
ND
OS
3
150
53 VALOR DEL SERVICIO DE ENERGIacuteA ELEacuteCTRICA ACTUAL
La empresa que suministra la energiacutea eleacutectrica en la vereda Tibista es la Empresa de
Energiacutea de Boyacaacute A continuacioacuten se ilustra un flujo estimativo del costo de la energiacutea
eleacutectrica proyectado mensual y anualmente para los 20 antildeos de vida uacutetil que posee el
sistema conversor de energiacutea eoacutelica Se tiene un estrato 2 (bajo) que esta dentro de un rango
de 1 a 200kWh cuya tarifa por kilovatio hora es de $13544
En el anexo 4 se muestran las tarifas de energiacutea eleacutectrica que tiene la Empresa de Energiacutea
de Boyacaacute para el departamento de Boyacaacute y Casanare durante el mes de mayo de 2002
Tabla 43 Flujo del servicio de energiacutea eleacutectrica actual por 20 antildeos
Antildeo Inflacioacuten
Presupuestada ()
Valor de energiacutea
eleacutectrica mensual ($)
Valor de energiacutea
eleacutectrica antildeo ($)
01 75 26438 3172562 75 28421 3410523 75 30553 3666364 75 32844 3941285 75 35307 4236846 75 37955 4554607 75 40802 4896248 75 43862 5263449 75 47152 565824
10 75 50688 60825611 75 54490 65388012 75 58577 70292413 75 62970 75564014 75 67693 81231615 75 72770 87324016 75 78228 93873617 75 84095 100914018 75 90402 108482419 75 97182 116618420 75 104471 1253652
TOTAL 13738800
151
En el anexo 5 se ilustra la diagramacioacuten de los flujos de fondos donde se muestra el valor
presente neto y la tasa interna de retorno de la alternativa escogida comparaacutendola con el
pago de la energiacutea entregada por parte de la empresa de energiacutea de Boyacaacute (EBSA) durante
un periodo de 20 antildeos que es la vida uacutetil del aerogenerador empezando la comparacioacuten por
aquella en la que el pago es al cien por ciento del valor del equipo luego con una cuota
inicial del treinta por ciento y el saldo a 24 36 y 60 meses
54 COSTO DE LA ENERGIacuteA GENERADA CON VIENTO
Se explicaraacute la forma de llegar al valor monetario de la unidad de energiacutea eleacutectrica
generada el costo del kWh Los elementos constitutivos de este costo seraacuten en una primera
aproximacioacuten el costo del capital invertido en el sistema el costo de operacioacuten y
mantenimiento y el costo de reposicioacuten de equipos (banco de bateriacuteas) cada cinco antildeos
541 Costo de capital
El costo de capital prorrateado a lo largo de la vida uacutetil de la turbina y actualizando su
valor al momento de la inversioacuten puede evaluarse mediante la siguiente expresioacuten
n)i1(11
iEg
CIECC
++++minusminusminusminus
====
(1)
Donde
CC Costo del capital en [$kWh]
CIE Capital invertido [$] (sin incluir el costo de la bomba centriacutefuga)
Eg Energiacutea eleacutectrica generada en [kWh]
i tasa de intereacutes mensual
n Antildeos de vida uacutetil de la turbina 20 antildeos como estaacutendar de la industria eoacutelica
152
Respecto de la energiacutea generada a lo largo de un antildeo Eg debemos recurrir a una
aproximacioacuten de la energiacutea La forma de llegar a esta estimacioacuten seraacute mediante la siguiente
expresioacuten
7608FCPEg n==== (2)
Donde
Pn Potencia nominal del equipo [kW]
FC Factor de carga
8760 Cantidad de horas en un antildeo
El factor de carga representa el porcentaje de horas que en un antildeo la turbina estaacute entregando
la potencia nominal Este es funcioacuten de la velocidad media del viento de la distribucioacuten de
frecuencias y de la curva caracteriacutestica de la maacutequina Para turbinas de buena calidad la
NASA ha determinado empiacutericamente la siguiente curva para obtener este valor
Figura Factor de carga para aerogeneradores
Como se vio en el capitulo anterior la potencia nominal del equipo es de 15kW y se tiene
para la zona de estudio una velocidad media del viento de 57ms para esta velocidad se
observa en la figura que el factor de carga tiene un valor de 035 ahora se reemplaza este
valor en la ecuacioacuten (2) asiacute
876003515kWEg =
4599kWhEg =
153
Teniendo el valor de Eg se reemplaza este valor en la ecuacioacuten (1) asiacute
20)7911(11
791kWh5994
081181acute24$CC
++++minusminusminusminus
====
$315kWhCC ====
542 Costos de operacioacuten y mantenimiento
Siguiendo ahora con el anaacutelisis de costos de generacioacuten los gastos incurridos en la
operacioacuten y mantenimiento del equipo se consideran que son el 2 del capital total
invertido mientras que en los gastos en impuestos como el IVA (Impuesto de Valor
Agregado) se puede omitir gracias al decreto 2532 de 2001 a las leyes 697 de 2001 y 223
de 1995 que se explicaran en el siguiente capitulo 7 Por lo tanto
020Eg
CIECOM ==== (3)
020kWh5994
081181acute24$COM ====
kWh105$COM ====
543 Costo de reposicioacuten de equipos
Por otro lado el sistema autoacutenomo proveedor de energiacutea eleacutectrica debe disponer de una
fuente de almacenamiento para cubrir los huecos energeacuteticos en diacuteas de calma de viento por
lo que eacuteste debe ser considerado como un integrante maacutes del costo de generacioacuten Asiacute para
el banco de bateriacuteas se tendraacute que su costo prorrateado a lo largo de su vida uacutetil (5antildeos) n
y actualizado al momento de la inversioacuten seraacute
154
n)i1(11
iEg
VBBCRE
++++minusminusminusminus
==== (4)
Donde
CRE Costo del banco de bateriacuteas [$kWh]
VBB Valor del banco de bateriacuteas [$]
5)7911(11
791kWh5994
2516824$CRE
++++minusminusminusminus
====
kWh215$CRE ====
Finalmente el costo total de la unidad de energiacutea generada mediante el aerogenerador
CTEG seraacute la suma de las expresiones anteriores quedando
CRECOMCCCTEG ++++++++==== (5)
kWh)215$105$315($CTEG ++++++++====
kWh635$CTEG ====
CAPITULO 6
6 CONSIDERACIONES AMBIENTALES
Es indudable que cualquier tecnologiacutea produce un impacto sobre el medio ambiente
afectando a la comunidad y siendo en la mayoriacutea de los casos difiacutecil cuantificarlo o no hay
intereacutes en ello pero debe ser evaluado y considerado en toda toma de decisiones Se
analizaraacuten brevemente los diversos aspectos relacionados con la implantacioacuten de sistemas
conversores de energiacutea eoacutelica
61 ASPECTOS POSITIVOS20
Una gran parte de la contaminacioacuten de CO2 a nivel mundial es producido por las plantas
generadoras de electricidad de carboacuten y petroacuteleo
Tabla 44 Emisiones de CO2 en el mundo
Combustible kg de CO2 por GJ kg de CO2 por kg decombustible
Gasolina 73 320Fuelfracciones ligeras del
petroacuteleo74 316
Fracciones pesadas del petroacuteleo 78 315Gas natural (metano) 57 274
Carboacuten 95 233
20 Revista Mundo Eleacutectrico Colombiano No 37 Beneficios e intereses de la energiacutea eoacutelica Paacuteg 95 octubre-diciembre de 1999
156
Si los aerogeneradores desplazan la generacioacuten a carboacuten cada kWh generado por esta
tecnologiacutea evitaraacute lanzar al medio ambiente
bull 5 ndash 8 g de SO2
bull 3 ndash 6 g de NOX
bull 750 ndash 1250 g de CO2
bull 40 ndash 70 g de cenizas y escorias
Las nuevas plantas termoeleacutectricas a carboacuten cuentan con filtros que remueven casi todos los
contaminantes excepto el CO2 que continua saliendo en la misma cantidad Es de anotar
que el CO2 se acumula en la atmoacutesfera y tarda maacutes de 100 antildeos en degradarse
En la actualidad la preocupacioacuten por evitar la destruccioacuten del planeta ha propiciado que
muchos paiacuteses adelanten estudios para lograr una reduccioacuten a mediano plazo de la
produccioacuten de los residuos contaminantes anteriormente mencionados
El maacutes importante de estos estudios se realizoacute basaacutendose en el anaacutelisis hecho por el
Stockholm Enviroment Institute de Boston y un grupo de expertos en diferentes disciplinas
A pesar de utilizar presunciones convencionales en cuanto al crecimiento econoacutemico y
demograacutefico el estudio concluyoacute que es teacutecnicamente factible reducir a la mitad el actual
uso de combustibles foacutesiles para dentro de cuarenta antildeos La utilizacioacuten de petroacuteleo y de
otros combustibles foacutesiles seriacutea abandonados completamente dentro del proacuteximo siglo y la
energiacutea nuclear seriacutea abandonada para el antildeo 2010
El estudio demuestra que una combinacioacuten de mejoras baacutesicas en la eficiencia energeacutetica en
todos los sectores maacutes la introduccioacuten de una gama de energiacuteas renovables como la
energiacutea eoacutelica conduce a reducciones muy significativas en el impacto ambiental de los
combustibles foacutesiles sin ocasionar ninguacuten colapso econoacutemico Esto puede ser una prueba
de que en futuro energeacutetico sin combustibles foacutesiles y sin energiacutea nuclear puede ser una
realidad
157
62 BARRERAS21
621 Impacto visual
El factor visual es el maacutes difiacutecil de cuantificar por que es muy subjetivo algunas personas
objetan al ver los aerogeneradores otras no Los elementos maacutes importantes en el impacto
visual son el tipo de paisaje el nuacutemero de aerogeneradores y la forma en que los
aerogeneradores esteacuten colocados
622 Ruido
El ruido de las turbinas eoacutelicas es generado por componentes mecaacutenicos como es la caja
amplificadora de velocidades o aerodinaacutemicamente por las aspas El ruido puede ser
reducido por un buen disentildeo mantenimiento y aislamiento acuacutestico en el primer caso y con
turbinas de velocidad variable aspas delgadas y disentildeo aerodinaacutemico cuidadoso
Las autoridades puacuteblicas en todo el mundo utilizan la denominada escala dB(A) o
decibelios (A) para cuantificar las medidas de sonido Para tener una idea de la escala se
puede observar la siguiente tabla
Tabla 45 Ejemplo de la escala de decibelios dB(A)
Nivel del
sonido
Umbral de
audibilidad
Susurro Conversacioacuten Trafico
Urbano
Concierto
de rock
Reactor a 10m
de distancia
dB (A) 0 30 60 90 120 150
La escala de decibelios (A) mide la intensidad de sonido en todo el rango de las diferentes
frecuencias audibles (diferentes tonos) y posteriormente utiliza un sistema de ponderacioacuten
21 RODRIacuteGUEZ D Julio M La energiacutea eoacutelica Bogotaacute DC 1992 Universidad Nacional Ingenieriacutea eInvestigacioacuten
158
teniendo en cuenta el hecho de que el oiacutedo humano tiene una sensibilidad diferente a cada
frecuencia de sonido
Figura 35 Propagacioacuten del sonido y distancia
De acuerdo con estaacutendares internacionales los fabricantes de aerogeneradores suelen
especificar niveles teoacutericos de dB(A) que se originan en toda la superficie de la maacutequina y
de su rotor Este nivel suele oscilar entre 65 y 100 dB(A)
623 Uso de terreno
Las experiencias de las granjas eoacutelicas indican que se necesitan de 7 a 12 hectaacutereas por
MW instalado pero no maacutes del 5 de esa aacuterea es usada por las turbinas Sin embargo el
resto del terreno puede seguir siendo usado en labores agriacutecolas
63 PROTOCOLO DE KYOTO
El protocolo de Kyoto es un acuerdo adoptado en la tercera conferencia sobre cambio
climaacutetico de las Naciones Unidas celebrada en diciembre de 1997 en Kyoto(Japoacuten) Por
primera vez se fijaron cuotas para la reduccioacuten de las emisiones de gases causantes del
efecto invernadero Al tiempo que se estableciacutean compromisos se introdujeron los
mecanismos para flexibilizarlos
159
Otros compromisos previstos en este protocolo son
bull Los 38 principales paiacuteses industrializados se comprometen a reducir sus emisiones
de 6 gases perjudiciales para el clima en un 52 por debajo del nivel de 1990 este
objetivo deberaacute ser alcanzado entre el 2008 y 2012
bull Los Estados de Unioacuten Europea deben reducir sus emisiones en un 8 de este
porcentaje se preveacute para Alemania un 21
bull Se introducen nuevos y flexibles instrumentos para la proteccioacuten del clima como el
comercio de emisiones e inversiones en proyectos determinados en paiacuteses
industrializados y en desarrollo apropiados para reducir las emisiones de gases de
efecto invernadero
6311 Conferencias sobre la reduccioacuten de gases de efecto invernadero
bull 1ra Conferencia sobre el cambio climaacutetico
Berliacuten (Alemania) 1995 se firmoacute el llamado ldquoMandato de Berliacutenrdquo por representantes de
160 paiacuteses en donde se establece la voluntad de reducir los gases causantes del efecto
invernadero pero sin compromisos sobre cifras y plazos Se eligioacute la ciudad de Bonn
(Alemania) como sede de la secretariacutea permanente de la convencioacuten marco de la ONU
sobre el cambio climaacutetico
bull 2da Conferencia sobre el cambio climaacutetico
Ginebra (Suiza) 1996 asistieron 150 paiacuteses que asumieron la responsabilidad del factor
humano en el cambio climaacutetico reconociendo la necesidad de fijar un objetivo cuantitativo
para limitar la emisioacuten de gases de efecto invernadero por parte de los paiacuteses
industrializados
bull 3ra Conferencia de Kyoto
Kyoto (Japoacuten) 1997 tambieacuten llamado protocolo de Kyoto asistieron 155 naciones que al
firmar este acuerdo obliga a los paiacuteses industrializados a reducir sus emisiones de gases
dividiendo a estos paiacuteses en 8 grupos y obligando juriacutedicamente a frenar y reducir la
emisioacuten de seis gases que producen el efecto invernadero
160
Se establece que EEUU rebaje un 7 las emisiones de gases contaminantes Japoacuten un 6
la Unioacuten Europea un 8 Rusia un 0 y los Estados de Europa central y Oriental un 8
Estos gases son
CO2
Metano
Oacutexido nitroso
Hidrofluorocarbono
Perfluorocarbono
Sulfuro hexafluoruro
bull 4ta Conferencia de las partes de la convencioacuten marco sobre el cambio climaacutetico
Representantes de 170 paiacuteses aplazan hasta el antildeo 2000 la puesta en marcha del
Mecanismo de Desarrollo Limpio (MDL) acordado en el protocolo de Kyoto acordando
tambieacuten la presencia de organizaciones no gubernamentales en oacuterganos de negociacioacuten de
la convencioacuten del clima
bull 5ta Conferencia del clima
Bonn (Alemania) 1999 acuden 4000 delegados de 166 paiacuteses en donde se ponen en
evidencia las diferencias entre los paiacuteses industrializados y las naciones en desarrollo
bull 6ta Conferencia del clima
La Haya (Holanda) 2000 La reunioacuten fue un fracaso y se suspendioacute sin ninguacuten acuerdo
para precisar los mecanismos de aplicacioacuten del Protocolo de Kyoto los sumideros de
carbono el comercio de los derechos de emisioacuten y la financiacioacuten del mecanismo de
desarrollo limpio
bull 7ta Conferencia del clima (2ordf parte)
Bonn (Alemania) 2001 en esta reunioacuten se planteoacute la disyuntiva de si se enterraba o no el
protocolo de Kyoto este se salvoacute finalmente al anunciar la Unioacuten Europea que iba a
ratificarlo postura a la que se unioacute Japoacuten Sin embargo los EEUU se quedaron aislados
161
64 MECANISMOS DE DESARROLLO LIMPIO22
641 Gases de efecto invernadero
Entre los asuntos que se discutieron con mayor detenimiento y profundidad durante al
conferencia de Riacuteo de Janeiro de las Naciones Unidas sobre ldquoMedio Ambiente y
Desarrollordquo en 1992 y que fue objeto de la mayor preocupacioacuten figura la referente al
ldquoCambio climaacutetico globalrdquo De alliacute surgioacute la Convencioacuten de las Naciones Unidas sobre el
ldquoCambio Climaacuteticordquo suscrita por maacutes de 150 paiacuteses y vigente desde marzo de 1994
A traveacutes de este documento los paiacuteses signatarios se comprometieron a realizar los
inventarios de las fuentes y sumideros de los gases de efecto invernadero (GEI) asiacute como
adelantar programas de mitigacioacuten y a recopilar y dar a conocer informaciones
concernientes a las implementaciones que resultaren necesarias para cumplir con este
propoacutesito internacional
Por otra parte los paiacuteses industrializados a traveacutes de la misma convencioacuten asumieron el
liderazgo en la orientacioacuten de los esfuerzos para lograr la mitigacioacuten de los GEI y
proporcionar ayuda financiera a los paiacuteses en desarrollo que les permita cubrir los costos
que implique la realizacioacuten sobre los informes de la misma materia asiacute como los
incrementos de los costos para las implementaciones que decidan previo acuerdo mutuo
los paiacuteses en desarrollo y los paiacuteses industrializados en cumplimiento de los mismos
compromisos
La Convencioacuten Marco de las Naciones Unidas sobre el Cambio Climaacutetico (CMNUCC)
suscrita por 155 paiacuteses en Riacuteo de Janeiro (Brasil) en 1992 tiene como objetivo la
ldquoestabilizacioacuten de las concentraciones de los gases de efecto invernadero en la atmoacutesfera a
22 VERA O Carlos A Estudio de energizacioacuten rural con fuentes alternativas municipio de San Jose delGuaviare Bogotaacute DC 2001 Trabajo de grado (Ingeniero Electricista) Universidad de la Salle Facultad deIngenieriacutea Eleacutectrica
162
un nivel tal que se puedan evitar interferencias antropogeacutenicas peligrosas para el sistema
climaacuteticordquo (Art 2)
Las directrices para alcanzar esta meta incluyen que todos los paiacuteses que suscribieron el
convenio ldquodeberiacutean proteger el sistema climaacutetico para el beneficio de las generaciones
presentes y futuras de la humanidad sobre la base de la equidad y de acuerdo con sus
responsabilidades comunes pero diferenciadas y su respectiva capacidadrdquo y que ldquolas partes
deberiacutean tomar medidas preventivas para anticipar prevenir o minimizar las causas del
cambio climaacutetico y mitigar sus efectos adversosrdquo (Art 3)
Colombia adopto la CMNUCC el 9 de mayo de 1992 y el Congreso Nacional la aproboacute por
ley 164 de 1995 La Corte Suprema de Justicia la considero exequible y fue ratificada el 22
de marzo de 1995 entroacute en vigencia para el paiacutes el 20 de junio de 1995 Como paiacutes no
perteneciente al Anexo 1 tiene los compromisos generales establecidos para todas las
naciones que suscribieron la CMNUCC
Los paiacuteses industrializados del Anexo 1 estaacuten comprometidos a suministrar recurso
financieros para asistir a los paiacuteses en desarrollo en la preparacioacuten de sus
comunicaciones nacionales y transferir tecnologiacutea para que los paiacuteses en desarrollo
puedan cumplir con la implementacioacuten de sus programas de reduccioacuten de emisiones23
Dentro de este contexto la Academia Colombiana de Ciencias Exactas Fiacutesicas y Naturales
(ACCEFN) con el apoyo de la Sociedad Alemana de Cooperacioacuten Teacutecnica (GTZ) y el
aval del Ministerio del Medio Ambiente realizo durante 1995 y 1996 el inventario de
gases de efecto invernadero- Colombia 1990 Durante 1998 la ACCEFN realizo el estudio
Opciones para la reduccioacuten de emisiones de gases de efecto invernadero en Colombia
1998-2010
23 Estudio de estrategia nacional para la implementacioacuten de mecanismos de desarrollo limpio para Colombia
163
642 Emisiones de CO2
El total de CO2 emitido en Colombia en 1990 fue de 167046Gg es decir una emisioacuten
anual per capita de 52 Tonhab Las principales fuentes fueron Cambio de Uso de la Tierra
y silvicultura especialmente tala y quema del bosque y Sector Energiacutea (quema de
combustibles)
Los sectores que presentaron una mayor participacioacuten en la emisioacuten de CO2 por el consumo
de combustibles foacutesiles (45448Gg) fueron el transporte con 328 energiacutea e industrias de
transformacioacuten con 302 y la industria manufacturera con 233 Estos tres sectores
tienen una participacioacuten del 863 en la generacioacuten de emisiones de CO2
0
5
10
15
20
25
30
35TransporteEnergiacuteaIndustria manofactureraResidencialOtrosComercialIndustrialConstruccioacuten
Figura 36 Emisiones sectoriales de CO2 en Colombia para 1990
643 Evolucioacuten de los mecanismos de Kyoto en las negociaciones de cambio
climaacutetico
En la tercera conferencia de las partes en Kyoto (Japoacuten) los paiacuteses lograron introducir
sistemas de derechos negociables los llamaron Mecanismos de Flexibilidad con el
objetivo de reducir sus costos de cumplir las metas de reduccioacuten de Gases Efecto
Invernadero (GEI)
164
Los costos de cumplimiento de las metas en ausencia de los mecanismos son altos Para
EEUU por ejemplo el costo incremental llegaraacute a US$76 por la uacuteltima tonelada de CO2
reducida Japoacuten enfrenta un costo en casa de US$239
Posteriormente estos niveles de precios fueron corregidos por las incertidumbres sobre la
entrada en vigencia del protocolo la probabilidad que los Certificados de Reduccioacuten de
Emisiones (CRE) se puedan transferir por una tasa de intereacutes del 5 para reflejar el costo
de oportunidad de realizar una inversioacuten hoy El rango de precios resultante fue 19
US$Ton CO2 Hasta la fecha se han aprobado 114 proyectos dentro de la fase piloto de las
actividades implementadas conjuntamente desde que empezoacute el programa en abril de 1995
El intereacutes general y objetivo de Kyoto frente al mecanismo de Desarrollo Limpio (MDL)
es promover el desarrollo sostenible en paiacuteses en viacutea de desarrollo y ayudar a los paiacuteses
industrializados a alcanzar sus metas de reduccioacuten de emisiones
65 LICENCIA AMBIENTAL PARA EL PROYECTO
Las autoridades competentes que expiden la licencia ambiental necesaria para llevar a cabo
un proyecto de estas caracteriacutesticas dependiendo de la jurisdiccioacuten en que estas tengan
derechos son las Corporaciones Autoacutenomas Regionales (ver anexo 6)
La Corporacioacuten Autoacutenoma Regional que tiene bajo su jurisdiccioacuten la vereda Tibista zona
rural del municipio de Saboyaacute es la CAR (Corporacioacuten Autoacutenoma Regional de
Cundinamarca) regional Ubateacute-Suaacuterez seccional Chiquinquiraacute esta seccional exige el
diligenciamiento de una solicitud de licencia ambiental (ver anexo 7) y posteriormente una
visita de sus funcionarios que observaraacuten el sitio del montaje de los equipos para obtener la
aprobacioacuten final de la licencia
CAPITULO 7
7 MARCO LEGAL Y TRIBUTARIO
Para entender mejor lo que se podraacute presentar en Colombia con respecto a los impuestos y
exenciones tributarias se debe conocer lo que sucede en otros paiacuteses del mundo en la
materia
71 INCENTIVOS INTERNACIONALES PARA LA ENERGIacuteA EOacuteLICA24
Particularmente en paiacuteses industrializados y de acuerdo con el protocolo de Kyoto
diversos gobiernos han implementado o planean implementar poliacuteticas e incentivos para
promover el desarrollo de energiacuteas limpias
711 Incentivos fiscales
Dentro de esta categoriacutea se encuentran los incentivos de inversioacuten particularmente los
impuestos de creacuteditos de inversioacuten son usualmente maacutes bajos al reducirse estos bajan los
costos del inversionista por medio de su ahorro
712 Depreciacioacuten acelerada
La depreciacioacuten acelerada de un equipo eoacutelico (por ejemplo alcanzando el 100 de
depreciacioacuten de una turbina en el primer antildeo de operacioacuten) bajaraacute significativamente la
24 OROZCO P Andreacutes Viabilidad teacutecnica y econoacutemica de la instalacioacuten de granjas eoacutelicas para suministro deenergiacutea eleacutectrica en Colombia Bogotaacute DC 1999 Trabajo de grado (Ingeniero Eleacutectrico) Universidad de losAndes Facultad de Ingenieriacutea Eleacutectrica
166
cantidad de impuestos pagados durante el estado inicial del proyecto esto alivia en parte
los elevados costos de capital al inicio de una planta eoacutelica
713 Subsidios
Existen muchas razones por las que el pago en efectivo puede ayudar a la promocioacuten de la
energiacutea eoacutelica muchas veces el pago de efectivo para la instalacioacuten de un sistema de
energiacutea eoacutelica es maacutes beneacutefico a un potencial inversor que tiene una renta de base limitada
para tomar completa ventaja de un creacutedito de inversioacuten Este tipo de incentivo ayuda a un
inversor privado al reducir el gravamen ya que la porcioacuten subsidiada de la planta de
potencia no es grabada
714 Pagos en efectivo por kWh
Estos pagos son similares en naturaleza a los subsidios de inversioacuten aunque el gobierno
paga al generador una cierta cantidad de dinero por kWh producido este incentivo no
solamente ayuda a un inversionista a construir un parque eoacutelico sino que estimula la
produccioacuten de electricidad
715 Exenciones arancelarias
Son otras formas de incentivos a la inversioacuten los gobiernos pueden reducir o eliminar la
cantidad de aranceles para la importacioacuten de la turbina esto baja efectivamente el costo de
capital y el costo inicial del proyecto ya que la mayoriacutea de los costos de un proyecto eoacutelico
provienen de la inversioacuten de capital inicial
716 Renuncia del uso de derechos impuestos de propiedad de la tierra
Se usa para reducir los costos involucrados con la inversioacuten inicial de un parque eoacutelico
Una cantidad significativa de tierra es necesaria para el desarrollo de un proyecto grandes
167
cantidades de tierra estaacuten asociadas con impuestos maacutes altos o derechos por el uso de esa
tierra ademaacutes en muchas instancias los impuestos de propiedad estaacuten basados en el valor
de las facilidades sobre la propiedad Comparada con plantas de combustible foacutesil las
plantas eoacutelicas estaacuten valoradas en una tasa mucho mayor y estaacuten sujetas a pagar maacutes altos
impuestos eliminando o reduciendo los derechos o impuestos sobre la tierra donde se ubica
la granja eoacutelica se bajaran los costos del proyecto
72 FINANCIACIOacuteN
La energiacutea renovable para muchas instituciones es considerada de alto riesgo debido a la
cualidad intermitente de la fuente de energiacutea muchos gobiernos garantizan preacutestamos dan
subsidio efectivamente maacutes bajos que las tasas de intereacutes que los inversionistas deben
pagar u ofrecen preacutestamos de bajo intereacutes Estos incentivos financieros para inversiones de
capital ayudan a aliviar los pagos que el operador del parque debe pagar en los primeros
antildeos del proyecto
73 REGULACIONES AMBIENTALES
731 Emisiones normalizadas
Muchas naciones desarrolladas que tienen poliacuteticas concernientes a la degradacioacuten
ambiental han formulado una serie de normas acerca de las emisiones para elevar la
calidad del aire a traveacutes de sus paiacuteses Estas medidas usualmente se representan en la forma
de capas de emisioacuten donde un cierto nivel de polucioacuten es permitido por la ley y maacutes allaacute de
este se toma alguna medida punitiva
732 Impuestos de emisioacuten
Muchos paiacuteses han desincentivado la construccioacuten y operacioacuten de plantas de potencia
polucionales tomando en cuenta impuestos sobre emisiones entre maacutes emisiones se
168
presentan en la atmoacutesfera se deben pagar maacutes impuestos La reduccioacuten de las emisiones a
un nivel oacuteptimo puede no ser el eacutexito primario de los impuestos sin embargo se elevan las
rentas estatales que pueden ser usadas para prevenir o controlar otros dantildeos al medio
ambiente o para implementar fuentes de energiacutea limpia
733 Raacutepida aprobacioacuten de proyectos ambientales
Esta poliacutetica se da para incentivar los proyectos energeacuteticos renovables en la medida en
que los proyectos son maacutes raacutepidamente aprobados maacutes raacutepido se puede comenzar a
construir y obtener beneficios
74 PROGRAMAS VOLUNTARIOS
741 Eliminacioacuten de subsidios para el combustible convencional
Muchos gobiernos subsidian en una forma u otra el combustible convencional como Diesel
Esos subsidios bajan artificialmente los costos asociados con generacioacuten de potencia
convencional Eliminando estos subsidios la energiacutea renovable seraacute maacutes competitiva y en
algunos casos menos costosa que la convencional
75 PAIacuteSES EN LOS QUE SE ESTIMULA EL USO DE ENERGIacuteA EOacuteLICA Y TIPO
DE ESTIacuteMULO25
bull Alemania Subsidios financiacioacuten subsidian en efectivo y precios preferenciales
depreciacioacuten acelerada reducciones y exenciones sobre los costos del inversor
rebajas en impuestos
25 OROZCO P Andreacutes Viabilidad teacutecnica y econoacutemica de la instalacioacuten de granjas eoacutelicas para suministro deenergiacutea eleacutectrica en Colombia p 97 Bogotaacute DC 1999 Trabajo de grado (Ingeniero Eleacutectrico) Universidadde los Andes Facultad de Ingenieriacutea Eleacutectrica
169
bull Argentina Presenta como incentivos fiscales la renuncia a los deberes de
importacioacuten
bull Brasil Exencioacuten de los impuestos temporales ademaacutes otorga creacuteditos a la
produccioacuten
bull Canadaacute Incentivos a los impuestos de inversioacuten
bull China Reduccioacuten de los deberes tributarios del inversionista reembolso de los
impuestos de renta y aprobacioacuten raacutepida de los proyectos ambientales
bull Dinamarca Subsidios en parte de los costos creacuteditos subsidios en efectivo
ademaacutes se presentan impuestos al carboacuten
bull Estados Unidos Creacuteditos de inversioacuten creacuteditos en efectivo a la produccioacuten con
respecto al medio ambiente se tienen en cuenta impuestos a la emisioacuten
bull Filipinas Exenciones en deberes a los inversionistas
bull Francia Como regulaciones ambientales el paiacutes cuenta con impuestos a las
emisiones
bull Gran Bretantildea Contratos a largo teacutermino
bull Holanda Depreciacioacuten acelerada impuestos al carboacuten
bull Indonesia Subsidios de capital
bull Italia Precio preferencial contratos a largo teacutermino
bull Japoacuten Impuestos a la emisioacuten
bull Meacutexico Depreciacioacuten acelerada
76 REGULACIOacuteN DE LAS ENERGIacuteAS ALTERNATIVAS EN COLOMBIA
En Colombia se promueve y se estimula el uso de fuentes alternativas de energiacutea por
medio de las disposiciones que adopta el gobierno nacional a traveacutes de sus entidades
gubernamentales de la siguiente manera
170
761 Ley 697 de octubre de 2001
LeyNo Proyecto De Ley Autor Ponentes
697Mediante el cual se fomenta el uso racional y eficientede la energiacutea se promueve la utilizacioacuten de energiacuteas
alternativas y se dictan otras disposiciones
SamuelMorenoRojas
Manuel GuillermoInfante Hugo Serrano
German Rojas
Esta ley a traveacutes de los artiacuteculos 1deg 2deg 4deg 7deg 9deg y 10deg promueve el uso racional de
energiacutea como la utilizacioacuten de las fuentes renovables Asiacute
Artiacuteculo 1deg Declaacuterase el Uso Racional y Eficiente de la Energiacutea (URE) como un asunto de
intereacutes social puacuteblico y de conveniencia nacional fundamental para asegurar el
abastecimiento energeacutetico pleno y oportuno la competitividad de la economiacutea colombiana
la proteccioacuten al consumidor y la promocioacuten del uso de energiacuteas no convencionales de
manera sostenible con el medio ambiente y los recursos naturales
Artiacuteculo 2deg El Estado debe establecer las normas e infraestructura necesarias para el cabal
cumplimiento de la presente ley creando la estructura legal teacutecnica econoacutemica y
financiera necesaria para lograr el desarrollo de proyectos concretos URE a corto
mediano y largo plazo econoacutemica y ambientalmente viables asegurando el desarrollo
sostenible al tiempo que generen la conciencia URE y el conocimiento y utilizacioacuten de
formas alternativas de energiacutea
Artiacuteculo 4deg Entidad responsable El Ministerio de Minas y Energiacutea seraacute la entidad
responsable de promover organizar asegurar el desarrollo y el seguimiento de los
programas de uso racional y eficiente de la energiacutea de acuerdo a lo dispuesto en la presente
ley y cuyo objetivo es
1 Promover y asesorar los proyectos URE presentados por personas naturales o
juriacutedicas de derecho puacuteblico o privado de acuerdo con los lineamientos del
programa de Uso Racional y Eficiente de la Energiacutea y demaacutes formas de energiacutea no
convencionales (PROURE) estudiando la viabilidad econoacutemica financiera
tecnoloacutegica y ambiental
2 Promover el uso de energiacuteas no convencionales dentro del programa de Uso
Racional y Eficiente de la Energiacutea y demaacutes formas de Energiacutea no Convencionales
(PROURE) estudiando la viabilidad tecnoloacutegica ambiental y econoacutemica
171
Artiacuteculo 7deg Estiacutemulos y sanciones
1 Para la investigacioacuten El Gobierno Nacional propenderaacute por la creacioacuten de
programas de investigacioacuten en el Uso Racional y Eficiente de la Energiacutea a traveacutes de
Colciencias seguacuten lo establecido en la Ley 29 de 1990 y el Decreto 393 de 1991
2 Para la educacioacuten El Icetex beneficiaraacute con el otorgamiento de preacutestamos a los
estudiantes que quieran estudiar carreras o especializaciones orientados en forma
especiacutefica a aplicacioacuten en el campo URE
3 Reconocimiento Puacuteblico El Gobierno Nacional crearaacute distinciones para personas
naturales o juriacutedicas que se destaquen en el aacutembito nacional en aplicacioacuten del URE
las cuales se otorgaraacuten anualmente El Ministerio de Minas y Energiacutea daraacute amplio
despliegue a los galardonados en los medios de comunicacioacuten maacutes importantes del
paiacutes
4 Generales El Gobierno Nacional estableceraacute los incentivos e impondraacute las
sanciones de acuerdo con el programa de uso racional y eficiente de la energiacutea y
demaacutes formas de energiacutea no convencionales de acuerdo a las normas legales
vigentes
Artiacuteculo 9deg Promocioacuten del uso de fuentes no convencionales de energiacutea El Ministerio de
Minas y Energiacutea formularaacute los lineamientos de las poliacuteticas estrategias e instrumentos para
el fomento y la promocioacuten de las fuentes no convencionales de energiacutea con prelacioacuten en las
zonas no interconectadas
Artiacuteculo 10degdegdegdeg El Gobierno Nacional a traveacutes de los programas que se disentildeen incentivaraacute y
promoveraacute a las empresas que importen o produzcan piezas calentadores paneles solares
generadores de biogaacutes motores eoacutelicos yo cualquier otra tecnologiacutea o producto que use
como fuente total o parcial las energiacuteas no convencionales ya sea con destino a la venta
directa al puacuteblico o a la produccioacuten de otros implementos orientados en forma especiacutefica a
proyectos en el campo URE de acuerdo a las normas legales vigentes
762 Ley 223 de diciembre de 1995
Ley No Entidad Emisora Fecha
223 Congreso de la Repuacuteblica Diciembre 20 de 1995
172
Con esta ley a traveacutes de su artiacuteculo 4to se excluye del impuesto de valor agregado (IVA) a
equipos destinados a promover las energiacuteas renovables Asiacute
Articulo 4deg Bienes excluidos del impuesto Quedan excluidos del IVA los siguientes
bienes
Numeral 4 Los equipos y elementos nacionales o importados que se destinen a la
construccioacuten instalacioacuten montaje y operacioacuten de sistemas de control y monitoreo
necesarias para el cumplimiento de las disposiciones regulaciones y estaacutendares ambientales
vigentes para la cual deberaacute acreditarse tal condicioacuten ante el Ministerio del Medio
Ambiente
763 Decreto 2532 de noviembre de 2001
Decreto No Entidad Emisora Fecha
2532 Ministerio de Hacienda y Creacutedito Publico Noviembre 27 de 2001
Este decreto al igual que la ley 223 de 1995 a traveacutes de los artiacuteculos 1deg 2deg 3deg y 4deg
excluye del impuesto de valor agregado (IVA) a los equipos de energiacuteas alternativas Asiacute
Artiacuteculo 1ordm Requisitos para solicitar la exclusioacuten de Impuesto sobre las Ventas El
Ministerio del Medio Ambiente mediante resolucioacuten estableceraacute la forma y requisitos como
han de presentarse a su consideracioacuten las solicitudes de calificacioacuten de que tratan los
artiacuteculos 424-5 numeral 4ordm y 428 literal f del Estatuto Tributario con miras a obtener la
exclusioacuten de Impuesto sobre las ventas correspondiente
Artiacuteculo 2ordm Definicioacuten de sistema de control ambiental sistema de monitoreo ambiental y
programa ambiental Para efectos de lo dispuesto en el artiacuteculo 424-5 numeral 4 y 428
literal f del Estatuto Tributario se adoptan las siguientes definiciones
1 Sistema de control ambiental Es el conjunto ordenado de equipos elementos o
maquinaria nacionales o importados seguacuten sea el caso que se utilizan para el
desarrollo de acciones destinadas al logro de resultados medibles y verificables de
disminucioacuten de la demanda de recursos naturales renovables o de prevencioacuten yo
reduccioacuten del volumen yo mejoramiento de la calidad de residuos liacutequidos
173
emisiones atmosfeacutericas o residuos soacutelidos Los sistemas de control pueden darse al
interior de un proceso o actividad productiva lo que se denomina control ambiental
en la fuente yo al finalizar el proceso productivo en cuyo caso se hablaraacute de
control ambiental al final del proceso
2 Sistema de monitoreo ambiental Es el conjunto sistemaacutetico de elementos
equipos o maquinaria nacionales o importados seguacuten sea el caso destinados a la
obtencioacuten verificacioacuten o procesamiento de informacioacuten sobre el estado calidad o
comportamiento de los recursos naturales renovables variables o paraacutemetros
ambientales vertimientos residuos yo emisiones
3 Programa ambiental Es el conjunto de acciones orientadas al desarrollo de los
planes y poliacuteticas ambientales nacionales previstas en el Plan Nacional de
Desarrollo yo formuladas por el Ministerio del Medio Ambiente asiacute como tambieacuten
las que correspondan a la implementacioacuten de los planes ambientales regionales
definidos por las autoridades ambientales Dichas acciones deben ajustarse a los
objetivos de los sistemas de control y monitoreo ambiental definidos conforme con
el presente decreto
Artiacuteculo 3ordm Elementos o equipos que son objeto del beneficio tributario previsto en el
artiacuteculo 424-5 numeral 4ordm El Ministerio del Medio Ambiente certificaraacute en cada caso los
elementos equipos y maquinaria que de conformidad con el artiacuteculo 424-5 numeral 4 del
Estatuto Tributario esteacuten destinados a la construccioacuten instalacioacuten montaje y operacioacuten de
sistemas de control y monitoreo ambiental para el cumplimiento de las disposiciones
regulaciones y estaacutendares ambientales vigentes
Artiacuteculo 4ordm Exclusioacuten del IVA en aplicacioacuten del artiacuteculo 428 literal f del Estatuto
Tributario El Ministerio del Medio Ambiente certificaraacute en cada caso que la maquinaria y
equipo a que hace referencia el artiacuteculo 428 literal f del Estatuto Tributario sea destinada a
sistemas de control ambiental y especiacuteficamente a reciclar y procesar basuras o
desperdicios (la maquinaria comprende lavado separado reciclado y extrusioacuten) para la
depuracioacuten o tratamiento de aguas residuales emisiones atmosfeacutericas o residuos soacutelidos
para recuperacioacuten de los riacuteos o el saneamiento baacutesico para lograr el mejoramiento del
medio ambiente siempre y cuando hagan parte de un programa que se apruebe por el
174
Ministerio del Medio Ambiente asiacute como sobre los equipos para el control y monitoreo
ambiental incluidos aquellos para cumplir los compromisos del Protocolo de Montreal
8 CONCLUSIONES
Gracias a la realizacioacuten del presente trabajo se pudo determinar que la utilizacioacuten de la
energiacutea eoacutelica para la generacioacuten de energiacutea eleacutectrica en zonas donde exista el potencial
eoacutelico suficiente en todo el territorio nacional es una alternativa que puede ser confiable
desde el punto de vista teacutecnico para las zonas apartadas del paiacutes que no esteacuten conectadas al
sistema interconectado nacional Esto se debe a que el desarrollo constante de la tecnologiacutea
hace que los sistemas conversores de energiacutea eoacutelica sean cada vez maacutes eficientes
Se determinoacute un lugar especiacutefico en el cual se aplicoacute la utilizacioacuten de la energiacutea eoacutelica
dicho lugar fue la Vereda Tibista zona rural del Municipio de Saboyaacute ubicado en el
departamento de Boyacaacute se encontroacute que esta zona presenta un potencial eoacutelico suficiente
del orden de 57ms lo que hace posible la instalacioacuten de un aerogenerador de 15kW con
respaldo de un banco de bateriacuteas Se dejoacute un sistema flexible el cual pueda estar sometido a
futuras ampliaciones o conexiones de equipos agriacutecolas como lo son equipos de ordentildeo
para ganado sistemas automaacuteticos de riego bebedores automaacuteticos para ganado
invernaderos motosierras etc Todo esto con el fin de tener autosuficiencia es decir que
se pueda generar su propia energiacutea eleacutectrica
Dentro del desarrollo del trabajo se encontroacute un buen nuacutemero de fabricantes
internacionales de aerogeneradores de baja potencia principalmente en Estados Unidos y
Espantildea En Colombia existen empresas como AQUAIRE ECOPRODUCTOS COHISCOL
LTDA que se dedican a la importacioacuten de estos equipos para todo el territorio nacional
Desde el punto de vista econoacutemico el proyecto no es atractivo para este lugar especifico
debido al bajo costo del kWh que suministra EBSA Este proyecto seriacutea maacutes rentable si se
realizara en zonas no interconectadas comparaacutendolo con otras alternativas como los es la
177
generacioacuten con un equipo diesel o haciendo la comparacioacuten con el costo que se generariacutea
tender redes del sistema de transmisioacuten nacional
En el estudio econoacutemico realizado al sistema conversor de energiacutea eoacutelica se tuvieron en
cuenta tres alternativas de inversioacuten diferentes tomando en cuenta ciertos aspectos como
una inversioacuten inicial baja y una financiacioacuten a 24 36 y 60 meses del valor restante de los
equipos a traveacutes de una entidad bancaria
Escogiendo asiacute la alternativa maacutes econoacutemica y rentable esto con el fin de plantear una
solucioacuten para un posible inversionista y dejar en claro que la opcioacuten de generar energiacutea
eleacutectrica a traveacutes de un sistema conversor de energiacutea eoacutelica es tambieacuten una solucioacuten
factible A pesar de las caracteriacutesticas anteriores resultariacutea maacutes rentable si se tuviera un
aerogenerador de mayor capacidad y se conectaran varios usuarios a dicho sistema
El mercado y las nuevas tecnologiacuteas asiacute como la necesidad de un futuro en que la
generacioacuten de energiacutea eleacutectrica sea una industria que no termine con los recursos naturales
y por otra parte aporte a la conservacioacuten del medio ambiente hace que los paiacuteses
desarrollados se fortalezcan en perfeccionar las tecnologiacuteas de fabricacioacuten de los sistemas
conversores de energiacutea eoacutelica y por ende sea maacutes factible econoacutemicamente su aplicacioacuten en
paiacuteses en proceso de desarrollo tecnoloacutegicamente como lo es Colombia Por todo ello se
logra cumplir el objetivo primordial que se busca en la presentacioacuten de este proyecto
suministrar de manera eficaz en la vereda Tibista zona rural de Saboyaacute energiacutea eleacutectrica
por medio de un aerogenerador de baja potencia sin alterar el ecosistema natural
Ademaacutes se tiene que Colombia en su marco regulatorio de las energiacuteas renovables cuenta
con ciertas leyes como lo son la ley 697 de octubre de 2001 223 de diciembre de 1995 y
el decreto 2532 de noviembre de 2001 que fomentan el uso racional de energiacutea y permiten
la exencioacuten del pago de algunos impuestos sobre la importacioacuten de equipos que esteacuten
destinados a instalaciones que utilicen energiacuteas alternativas
177
Es necesario que el gobierno tome medidas para la disminucioacuten del costo de importacioacuten de
materiales para los diferentes tipos de energiacutea alternativa buscando ofrecer al paiacutes nuevas
opciones de uso y aprovechamiento de energiacuteas limpias
Tambieacuten se establecioacute que el aumento progresivo y creacioacuten de nuevos impuestos no
convierte en una oportunidad viable la importacioacuten de nuevas alternativas en el sector
eleacutectrico por el contrario ello dificulta y atrasa la utilizacioacuten de fuentes renovables en el
paiacutes creando un riesgo en el beneficio de dichas fuentes Sin embargo se espera que en el
transcurrir del tiempo esta tecnologiacutea se expanda y evolucione reduciendo los costos de
fabricacioacuten y se logre que la importacioacuten del producto ya terminado como de las materias
primas sea maacutes atractiva haciendo posible en un futuro la fabricacioacuten y ensamblaje en el
paiacutes
9 RECOMENDACIONES
Para determinar la viabilidad teacutecnica en un sitio determinado es necesario realizar las
mediciones a nivel vertical sobre dicho sitio mas exactamente a 10m de la superficie como
miacutenimo ya que la velocidad del viento varia con la altura y con la posicioacuten de obstaacuteculos
alrededor del lugar Ademaacutes implementar el desarrollo de programas de valorizacioacuten del
recurso eoacutelico en lugares donde sea viable el estudio logrando asiacute una posible
implementacioacuten de los sistemas conversores de energiacutea eoacutelica tanto para generar energiacutea
eleacutectrica como para sistemas de aerobombeo
Utilizar fuentes no convencionales de energiacutea como lo puede ser la energiacutea eoacutelica la
energiacutea solar la biomasa etc para electrificar zonas donde la red eleacutectrica no exista por su
alto costo o por su difiacutecil acceso tambieacuten se recomienda utilizar estas fuentes de energiacutea en
sistemas donde es importante tener una continuidad en el servicio como por ejemplo
sistemas de comunicaciones y microondas
Buscar por medio de los gobiernos municipales departamentales y del gobierno nacional
la eliminacioacuten de impuestos estos por lo menos durante la mitad de la vida uacutetil del
aerogenerador ya que ello ayudariacutea a disponer de creacuteditos blandos para una futura
implementacioacuten Estas liacuteneas de creacutedito y financiacioacuten deben ser a largo plazo y un intereacutes
maacutes bajo que el manejado a nivel bancario logrando asiacute hacer una recuperacioacuten de capital
maacutes pronto y por ello haciendo maacutes llamativa la inversioacuten
Crear programas de investigacioacuten con otras facultades o entidades gubernamentales que
permitan realizar proyectos enfocados hacia la preservacioacuten de los recursos no renovables y
del medio ambiente utilizando las energiacuteas no convencionales
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Anexo 2 Ubicacioacuten geograacutefica de la estacioacuten metereoloacutegicaldquoALTO SABOYAacuterdquo
Anexo 3 Regiacutemenes de vientos de la estacioacuten ldquoALTO SABOYAacuterdquo de antildeos anteriores a 1997
Anexo 4 Tarifas de energiacutea eleacutectrica para Boyacaacute y Casanare durante el mes de mayo de 2002
RANGO DE Subsidio (-) oacute NIVEL DE TENSION
ESTRATO CONSUMO TARIFA CU(1) Contribucioacuten (2) CONCEPTO TARIFA Contribucioacuten (2) TARIFA Subsidio1 Entre 1 y 200 kWh 11287 22574 -50 NIVEL DE TENSION 1 (menor a 1 kilovoltio)
(Bajo Bajo) Mayor de 200 kWh 22574 22574 0 ACTIVA PLANA (00 a 24 horas) 27088 20 22574 02 Entre 1 y 200 kWh 13544 22574 -40 - Distritos o Asociaciones de Riego -- -- 11287 -50
(Bajo) Mayor de 200 kWh 22574 22574 0 ACTIVA DIFERENCIAL DOBLE (Una Punta)3 Entre 1 y 200 kWh 19188 22574 -15 - Horas Punta (17 a 21 horas) 32968 20 27473 0
(Medio Bajo) Mayor de 200 kWh 22574 22574 0 - Horas Fuera de Punta (00 a 17 y 21 a 24 horas) 24605 20 20504 04 ACTIVA DIFERENCIAL DOBLE (Dos Puntas)
(Medio) - Horas Punta (09 a 12 y 18 a 21 horas) 29355 20 24462 05 - Horas Fuera de Punta (00 a 09 12 a 18 y 21 a 24 horas) 24880 20 20734 0
(Medio Alto) ACTIVA DIFERENCIAL TRIPLE6 - Horas Demanda Miacutenima (00 a 05 horas) 22823 20 19019 0
(Alto) - Horas Demanda Media (05 a 17 y 21 a 24 horas) 25199 20 20999 0- Horas Demanda Maacutexima (17 a 21 horas) 32968 20 27473 0
RANGO DE Subsidio (-) oacute REACTIVA (00 a 24 horas) 27088 20 22574 0 ESTRATO CONSUMO TARIFA CU(1) Contribucioacuten (2) NIVEL DE TENSION 2 (entre 1 y 30 kilovoltios)
1 2 3 y 4 Mayor de 0 kWh 22574 22574 0 ACTIVA PLANA (00 a 24 horas) 21208 20 17674 0 5 y 6 Mayor de 0 kWh 27088 22574 20 - Distritos o Asociaciones de Riego -- -- 8837 -50
ACTIVA DIFERENCIAL DOBLE (Una Punta)COMPONENTES DEL COSTO UNITARIO DE PRESTACION DEL SERVICIO - Horas Punta (17 a 21 horas) 23778 20 19815 0
- Horas Fuera de Punta (00 a 17 y 21 a 24 horas) 20199 20 16832 0ACTIVA DIFERENCIAL DOBLE (Dos Puntas)- Horas Punta (09 a 12 y 18 a 21 horas) 22458 20 18715 0
Concepto Nivel Tensioacuten 1 2 3 4 - Horas Fuera de Punta (00 a 09 12 a 18 y 21 a 24 horas) 20241 20 16868 0 Generacioacuten G mt 5785 5785 5785 5785 ACTIVA DIFERENCIAL TRIPLE Transmisioacuten T mtz 1569 1569 1569 1569 - Horas Demanda Miacutenima (00 a 05 horas) 18878 20 15732 0 Peacuterdidas Reconocidas PR nt 1475 710 506 353 - Horas Demanda Media (05 a 17 y 21 a 24 horas) 20639 20 17199 0 Distribucioacuten D nm 8360 4170 2407 1070 - Horas Demanda Maacutexima (17 a 21 horas) 23778 20 19815 0 Otros Costos O mt 1358 1358 1358 1358 REACTIVA (00 a 24 horas) 21208 20 17674 0 Comercializacioacuten C mt 4229 4229 4229 4229 NIVEL DE TENSION 3 (entre 30 y 62 kilovoltios)
Costo Unitario CU nmt 22574 17674 15740 14281 ACTIVA PLANA (00 a 24 horas) 18888 20 15740 0ACTIVA DIFERENCIAL DOBLE (Una Punta) Horas Punta (17 a 21 horas) 20777 20 17314 0 Horas Fuera de Punta (00 a 17 y 21 a 24 horas) 18122 20 15102 0ACTIVA DIFERENCIAL DOBLE (Dos Puntas)
Horas Punta (09 a 12 y 18 a 21 horas) 19747 20 16456 0
Oficina Atencioacuten al Cliente Tunja 9800 918710 Horas Fuera de Punta (00 a 09 12 a 18 y 21 a 24 horas) 18171 20 15142 0
Oficina Atencioacuten al Cliente Yopal 9800 912870 ACTIVA DIFERENCIAL TRIPLE
Oficina Atencioacuten al Cliente Sogamoso 9800 918730 Horas Demanda Miacutenima (00 a 05 horas) 17709 20 14758 0
Oficina Atencioacuten al Cliente Duitama 9800 918720 Horas Demanda Media (05 a 17 y 21 a 24 horas) 18226 20 15188 0
Oficina Atencioacuten al Cliente Chiquinquiraacute 9800 918740 Horas Demanda Maacutexima (17 a 21 horas) 20777 20 17314 0
Oficina Atencioacuten al Cliente Pto Boyacaacute 9801 918750 REACTIVA (00 a 24 horas) 18888 20 15740 0
EMPRESA DE ENERGIacuteA DE BOYACAacute S A E S PTARIFAS DE ENERGIA ELECTRICA
APLICABLES A CONSUMOS EN EL MERCADO REGULADO DE BOYACA Y CASANARE DURANTE EL MES DE MAYO DE 2002
SECTOR RESIDENCIAL SECTOR NO RESIDENCIAL
PESOSKILOVATIO-HORA COMERCIAL E INDUSTRIAL OFICIAL Y ESPECIAL
Mayor de 0 kWh 22574 22574 0
Mayor de 0 kWh 27088 22574 20
Mayor de 0 kWh 27088 22574 20
AREAS COMUNESPESOSKILOVATIO-HORA
Vig
ilada
Sup
erin
tend
ecia
de
Serv
icio
s P
uacuteblic
os D
omic
ilari
os
(3) Para el Sector No Residencial el CU nmt es igual a la Tarifa Oficial en la Opcioacuten Tarifaria yo Franja Horaria
Caacutelculo Conforme a Resoluciones CREG 031 y 079 de 1997 116 de 2000 112 y 159 de 2001 (1) Costo Unitario de Prestacioacuten del Servicio (2) Factor de Contribucioacuten sobre el CU nmt al Fondo de Solidaridad y Redistribucioacuten de Ingresos
C UG T
P RD O Cn m t
m t m t z
n tn m m t m t
( )= +
minus+ + +
1
EVOLUCION MENSUAL DEL CPS CLIENTES REGULADOSDiciembre 2000 CUmt
NIVEL Gmt Tmtz Dnm Omt Cmt Calculado Variacioacuten
I 44919821 11366156 79556569 29462014 29900037 000
II 44919821 11366156 38888327 29462014 29900037 000
III 44919821 11366156 22444137 29462014 29900037 000
IV 44919821 11366156 9979921 29462014 29900037 000
Enero 2001 CUmt
NIVEL Gmt Tmtz Dnm Omt Cmt Calculado Variacioacuten
I 45874203 10375163 78465258 29994350 33663141 086
II 45874203 10375163 38746256 29994350 33663141 259
III 45874203 10375163 22362142 29994350 33663141 296
IV 45874203 10375163 9943461 29994350 33663141 331
Febrero 2001 CUmt
NIVEL Gmt Tmtz Dnm Omt Cmt Calculado Variacioacuten
I 47257800 11077231 79872648 29042251 34016237 244
II 47257800 11077231 39441227 29042251 34016237 406
III 47257800 11077231 22763239 29042251 34016237 438
IV 47257800 11077231 10121812 29042251 34016237 132
Marzo 2001 CUmt
NIVEL Gmt Tmtz Dnm Omt Cmt Calculado Variacioacuten
I 48986379 12061200 81293190 27188267 34660651 408
II 48986379 12061200 40142693 27188267 34660651 146
III 48986379 12061200 23168086 27188267 34660651 139
IV 48986379 12061200 10301829 27188267 34660651 133
Abril 2001 CU mt
NIVEL G mt T mtz D nm O mt C mt Calculado Variacioacuten
I 50039414 10789328 82069228 20111691 35173462 -281
II 50039414 10789328 40525902 20111691 35173462 -242
III 50039414 10789328 23389252 20111691 35173462 -307
IV 50039414 10789328 10400172 20111691 35173462 -240
Mayo 2001 CU mt
NIVEL G mt T mtz D nm O mt C mt Calculado Variacioacuten
I 51012094 11708212 83246437 16797767 35577085 -259
II 51012094 11708212 41107209 16797767 35577085 -260
III 51012094 11708212 23724750 16797767 35577085 -041
IV 51012094 11708212 10549353 16797767 35577085 -301
Junio 2001 CU mt
NIVEL G mt T mtz D nm O mt C mt Calculado Variacioacuten
I 51866974 11156097 83930402 15508129 35727023 -264
II 51866974 11156097 41444952 15508129 35727023 -289
III 51866974 11156097 23919676 15508129 35727023 -085
IV 51866974 11156097 10636028 15508129 35727023 -058
Julio 2001 CU mt
NIVEL G mt T mtz D nm O mt C mt Calculado Variacioacuten
I 52180336 11670543 83831753 21308814 35741476 048
II 52180336 11670543 41396239 21308814 35741476 114
III 52180336 11670543 23891561 21308814 35741476 382
IV 52180336 11670543 10623527 21308814 35741476 463
Agosto 2001 CU mt
NIVEL G mt T mtz D nm O mt C mt Calculado Variacioacuten
I 52683151 11389505 83785717 25743688 35780356 266
II 52683151 11389505 41373506 25743688 35780356 398
III 52683151 11389505 23878441 25743688 35780356 317IV 52683151 11389505 10617693 25743688 35780356 351
Septiembre-01 CU mtNIVEL G mt T mtz D nm O mt C mt Calculado Variacioacuten
I 53248511 870 10993397 -885 84035627 337 25961599 -451 35873533 350 302
II 53248511 107 10993397 -348 41496912 030 25961599 085 35873533 026 036
III 53248511 107 10993397 -348 23949664 030 25961599 085 35873533 026 037IV 53248511 107 10993397 -348 10649363 030 25961599 085 35873533 026 037
Octubre-01 CU mtNIVEL G mt T mtz D nm O mt C mt Calculado Variacioacuten
I 53740843 092 11488452 450 84114546 009 22905985 -1177 36006723 037 519
II 53740843 201 11488452 087 41535883 009 22905985 -1102 36006723 037 -106
III 53740843 201 11488452 087 23972156 009 22905985 -1102 36006723 037 -121IV 53740843 201 11488452 087 10659364 009 22905985 -1102 36006723 037 -136
Noviembre-01 CU mtNIVEL G mt T mtz D nm O mt C mt Calculado Variacioacuten
I 54969891 229 11371207 -102 83765987 -041 16196000 -2929 36072371 018 -259
II 54969891 229 11371207 -102 41363764 -041 16196000 -2929 36072371 018 -329
III 54969891 229 11371207 -102 23872819 -041 16196000 -2929 36072371 018 -368IV 54969891 229 11371207 -102 10615193 -041 16196000 -2929 36072371 018 -404
Diciembre-01 CU mtNIVEL G mt T mtz D nm O mt C mt Calculado Variacioacuten
I 54493122 -087 11945663 505 83667338 -012 10293558 -3644 36114531 012 -525
II 54493122 -087 11945663 505 41315051 -012 10293558 -3644 36114531 012 -669
III 54493122 -087 11945663 505 23844704 -012 10293558 -3644 36114531 012 -749IV 54493122 -087 11945663 505 10602692 -012 10293558 -3644 36114531 012 -824
EVOLUCION MENSUAL DEL CPS CLIENTES REGULADOSDiciembre-01 CU mt
NIVEL G mt T mtz D nm O mt C mt Calculado Variacioacuten
I 54493122 11945663 83667338 10293558 36114531 II 54493122 11945663 41315051 10293558 36114531 III 54493122 11945663 23844704 10293558 36114531 IV 54493122 11945663 10602692 10293558 36114531
Enero 2002 CUmt
NIVEL Gmt Tmtz Dnm Omt Cmt Calculado Variacioacuten
I 55408548 168 11428968 -433 82226014 -172 8301668 -1935 40772331 1290 081
II 55408548 168 11428968 -433 41017642 -072 8301668 -1935 40772331 1290 176
III 55408548 168 11428968 -433 23673057 -072 8301668 -1935 40772331 1290 208
IV 55408548 168 11428968 -433 10526368 -072 8301668 -1935 40772331 1290 239
Febrero 2002 CUmt
NIVEL Gmt Tmtz Dnm Omt Cmt Calculado Variacioacuten
I 56306160 162 15364140 3443 82580492 043 9419452 1346 41097439 080 356
II 56306160 162 15364140 3443 41194470 043 9419452 1346 41097439 080 421
III 56306160 162 15364140 3443 23775112 043 9419452 1346 41097439 080 464
IV 56306160 162 15364140 3443 10571747 043 9419452 1346 41097439 080 504
Marzo 2002 CUmt
NIVEL Gmt Tmtz Dnm Omt Cmt Calculado Variacioacuten
I 56372387 012 16350737 642 82831849 030 11970285 2708 41613252 210
II 56372387 012 16350737 642 41319857 030 11970285 2708 41613252 256
III 56372387 012 16350737 642 23847478 030 11970285 2708 41613252 284
IV 56372387 012 16350737 642 10603925 030 11970285 2708 41613252 310
Abril de 2002 CU mt
NIVEL G mt T mtz D nm O mt C mt Calculado Variacioacuten
I 55332060 -185 15490183 -526 83283003 054 12763344 663 41907335 071 -031
II 55332060 -185 15490183 -526 41544911 054 12763344 663 41907335 071 213
III 55332060 -185 15490183 -526 23977366 054 12763344 663 41907335 071 231
IV 55332060 -185 15490183 -526 10661681 054 12763344 663 41907335 071 765
Mayo de 2002 CU mt
NIVEL G mt T mtz D nm O mt C mt Calculado Variacioacuten
I 57854106 456 15692856 131 83598810 038 13575945 637 42289963 091 181
II 57854106 456 15692856 131 41702448 038 13575945 637 42289963 091 466
III 57854106 456 15692856 131 24068288 038 13575945 637 42289963 091 271
IV 57854106 456 15692856 131 10702110 038 13575945 637 42289963 091 1080
Junio 2002 CU mt
NIVEL G mt T mtz D nm O mt C mt Calculado Variacioacuten
I 0000000 -10000
II 0000000 -10000
III 0000000 -10000
IV 0000000 -10000
Julio 2002 CU mt
NIVEL G mt T mtz D nm O mt C mt Calculado Variacioacuten
I 0000000 -10000
II 0000000 -10000
III 0000000 -10000
IV 0000000 -10000
Agosto 2002 CU mt
NIVEL G mt T mtz D nm O mt C mt Calculado Variacioacuten
I 0000000 -10000
II 0000000 -10000
III 0000000 iexclDIV0IV 0000000 iexclDIV0
Septiembre-02 CU mtNIVEL G mt T mtz D nm O mt C mt Calculado Variacioacuten
I 0000000 -10000
II 0000000 iexclDIV0
III 0000000 iexclDIV0IV 0000000 iexclDIV0
Octubre-02 CU mtNIVEL G mt T mtz D nm O mt C mt Calculado Variacioacuten
I 0000000 -10000
II 0000000 iexclDIV0
III 0000000 iexclDIV0IV 0000000 iexclDIV0
Noviembre-02 CU mtNIVEL G mt T mtz D nm O mt C mt Calculado Variacioacuten
I 0000000 iexclDIV0
II 0000000 iexclDIV0
III 0000000 iexclDIV0IV 0000000 iexclDIV0
Diciembre-02 CU mtNIVEL G mt T mtz D nm O mt C mt Calculado Variacioacuten
I 0000000 iexclDIV0
II 0000000 iexclDIV0
III 0000000 iexclDIV0IV 0000000 iexclDIV0
Anexo 6 Corporaciones autoacutenomas regionales de Colombia
Anexo 7 Formulario para la solicitud de licencia ambiental
Anexo 1 Ubicacioacuten geograacutefica de la vereda Tibista
Anexo 5 Flujos de fondos para la alternativa escogida
- Factibilidad teacutecnica y econoacutemica para el suministro de energiacutea eleacutectrica en zona rural de Saboyaacute departamento de Boyacaacute por medio de aerogeneracioacuten a baja potencia
-
- Citacioacuten recomendada
-
- FACTIBILIDAD TECNICA Y ECONOMICA PARA EL SUMINISTRO DE ENERGIA ELECTRICA EN ZONA RURAL DE SABOYAacute DEPARTAMENTO DE BOYACA POR
-
A Dios por la esperanza
A mis padres por su amor y apoyo
A mis hermanos por su amistad
A Angeacutelica y Alejandrolos adoro
Henry Rolando Martiacutenez Caro
A Dios por darme la paciencia y la suerte de culminar mi carrera
A mis padres por darme la vida y su apoyo incondicional
A mis hermanos por su compantildeiacutea en gran parte de mi vida
A mi novia por su amor y compantildeiacutea
A mis amigos y compantildeeros de la universidad por su amistad
Juan Carlos Chaparro Marroquiacuten
v
CONTENIDO
paacuteg
LISTA DE FIGURAS xiii
LISTA DE FOTOS xv
LISTA DE TABLAS xvi
LISTA DE ANEXOS xviii
RESUMEN xix
INTRODUCCIOacuteN xx
PREAacuteMBULO xxi
1 HISTORIA DE LA ENERGIacuteA EOacuteLICA
26
11 EL PIONERO DE LA ENERGIacuteA EOacuteLICA POUL LA COUR 26
111 Los aerogeneradores de La Cour 27
112 La revista de electricidad eoacutelica 27
12 PIONEROS DE LA ENERGIacuteA EOacuteLICA 1940-1950 28
121 Las turbinas de FL Smidth 28
13 PIONEROS DE LA ENERGIacuteA EOacuteLICA 1950 ndash 1980 29
131 Johannes Juul y el aerogenerador de Gedser 29
132 Las turbinas Nibe 31
14 AEROGENERADORES A PARTIR DE LOS 80 31
141 Disentildeos competitivos de turbinas 32
142 La maacutequina Twind 33
143 El gran torrente eoacutelico de California 34
15 INDUSTRIA EOacuteLICA ACTUAL 35
2 RECURSOS EOacuteLICOS 39
21 FUENTE DE LA ENERGIacuteA EOacuteLICA 39
211 Vientos locales vientos de montantildea 40
22 LA ENERGIacuteA EN EL VIENTO DENSIDAD DEL AIRE Y AacuteREA DE
BARRIDO DEL ROTOR 41
221 Densidad del aire 41
222 Aacuterea de barrido del rotor 42
23 LOS AEROGENERADORES DESVIacuteAN EL VIENTO 42
231 Tubo de corriente de aire 43
232 Tubo de corriente de aire ciliacutendrico 43
24 LA POTENCIA DEL VIENTO ES PROPORCIONAL AL CUBO DE LA
VELOCIDAD DEL VIENTO 44
25 MEDICIOacuteN DE LA VELOCIDAD DEL VIENTO ANEMOacuteMETROS 45
26 MEDICIONES DE LA VELOCIDAD DEL VIENTO EN LA PRAacuteCTICA 46
261 Informacioacuten empiacuterica 46
262 Anemoacutemetros totalizadores 47
263 Meacutetodo de correlacioacuten 48
27 RUGOSIDAD DEL TERRENO 49
271 Clase y longitud de rugosidad 49
28 VARIABILIDAD DE LA VELOCIDAD DEL VIENTO 51
281 Variabilidad del viento a corto plazo 51
282 Variaciones diurnas (noche y diacutea) del viento 51
29 OBSTAacuteCULOS AL VIENTO 52
291 Resguardo tras los obstaacuteculos 53
210 EFECTOS ACELERADORES 53
2101 Efecto tuacutenel 53
2102 Efecto de la colina 54
3 ASPECTOS TEOacuteRICOS 57
31 TECNOLOGIacuteA DE AEROGENERADORES 57
311 Eje 57
3111 Aerogeneradores de eje horizontal 57
3112 Aerogeneradores de eje vertical 57
312 Rotor 59
3121 Maacutequinas con rotor a barlovento 59
3122 Maacutequinas con rotor a sotavento 60
313 Nuacutemero de aspas 61
3131 Tripala 61
3132 Bipala (oscilantebasculante) 61
3133 Monopala 63
314 Generador 64
3141 Generadores de corriente continua 64
3142 Generadores de excitacioacuten o siacutencronos 65
3143 Generadores de induccioacuten o asiacutencronos 65
3144 Voltaje generado (tensioacuten) 65
3145 Sistema de refrigeracioacuten 66
3146 Opciones de disentildeo en generadores y conexioacuten a red 66
315 Sistema de transmisioacuten 66
3151 Sistema de transmisioacuten sin engranajes 67
3152 Sistema de transmisioacuten con engranajes 67
316 Torres 67
3161 Torres tubulares de acero 68
3162 Torres de celosiacutea 68
3163 Torres de maacutestil tensadas con cables de acero 69
317 Sistema eleacutectrico 70
3171 Conexioacuten a la red de las turbinas 71
32 EXTRACCIOacuteN DE POTENCIA 72
321 Potencia maacutexima uacutetil extraiacuteda al viento 74
3211 La ley de Betz 74
3212 Demostracioacuten de la ley de Betz 74
4 ANAacuteLISIS TEacuteCNICO 77
41 DETERMINACIOacuteN DEL SITIO 77
411 Saboyaacute (Boyacaacute) 77
412 Vereda Tibista 78
42 METODOLOGIacuteA GENERAL PARA LA REALIZACIOacuteN DEL
PROYECTO 78
421 Estudio del potencial eoacutelico 79
4211 Estacioacuten ldquoAlto Saboyaacuterdquo 79
4212 Anaacutelisis del reacutegimen de vientos 80
422 Modelamiento matemaacutetico para calcular la entrega de energiacutea eoacutelica 84
423 Estimacioacuten del consumo tiacutepico para vivienda rural 86
4231 Caacutelculo de la bomba eleacutectrica 87
424 Anaacutelisis para el desempentildeo del aerogenerador 89
4241 Aerogenerador de 1kW 89
4242 Aerogenerador de 15kW 91
4243 Aerogenerador de 3kW 92
425 Caacutelculo del banco de bateriacuteas 95
426 Caacutelculo del inversor 97
427 Caacutelculo del regulador 98
428 Montaje final del sistema conversor de energiacutea eoacutelica 99
43 MANUAL DE INSTALACIOacuteN OPERACIOacuteN Y MANTENIMIENTO
DEL AEROGENERADOR 102
431 Instalacioacuten 102
4311 Voltaje del sistema 102
4312 Instalacioacuten de la torre (localizacioacuten tipo y altura) 102
4313 Adquirir el tamantildeo del banco de bateriacuteas adecuado 103
4314 Seleccioacuten del lugar para instalar el banco de bateriacuteas 103
4315 Instalar el tablero de control (EZ-WIRE) y el transformador 104
4316 Instalar y conectar el disipador de carga 105
4317 Montar el interruptor de frenado 105
4318 Instalar el inversor y conectarlo al banco de bateriacuteas 106
4319 Instalar los conductores desde el extremo de la torre al transformador y
despueacutes al tablero de control 106
43110 Pruebas eleacutectricas para el aerogenerador 106
43111 Conectar los conductores y montar el aerogenerador en la torre 107
43112 Prueba del cableado del aerogenerador al tablero de control 108
43113 Instalar el timoacuten o cola 110
43114 Instalar las aspas y la nariz 111
43115 Izar la torre siguiendo las instrucciones del fabricante con el interruptor de
frenado en posicioacuten ldquoONrdquo 111
44 OPERACIOacuteN NORMAL 112
441 Controles y caracteriacutesticas del tablero de control 112
4411 Seccioacuten de control 112
4412 Seccioacuten del sistema de monitoreo 112
442 Operacioacuten del regulador automaacutetico de carga 114
4421 Luz indicador de regulacioacuten 114
4422 Posicioacuten de flotacioacuten 114
443 Iniciar el aerogenerador 115
4431 Operacioacuten de la heacutelice del aerogenerador 115
444 Encienda el inversor 115
445 Consumo de electricidad propia 115
45 MANTENIMIENTO 116
451 Mensual 116
4511 Revisar el interruptor de seguridad (para revisar el cableado eleacutectrico) 116
4512 Revisar el estado mecaacutenico observar y escuchar desde la base de la torre 117
4513 Inspeccionar la torre 117
452 Anual 118
4521 Revisar el banco de bateriacuteas 118
4522 Si es necesario realizar la carga de igualacioacuten de la bateriacutea 118
4523 Escalar la torre o bajarla y hacer una revisioacuten mecaacutenica total del
aerogenerador 119
4524 Registro de mantenimiento 119
5 ANAacuteLISIS ECONOacuteMICO 120
51 COSTOS DEL SISTEMA CONVERSOR DE ENERGIacuteA EOacuteLICA 120
511 Costos privados 121
5111 Costo de inversioacuten 121
51111 Costos de montaje 123
5112 Costos de explotacioacuten 124
52 ANAacuteLISIS FINANCIERO DEL PROYECTO 124
521 Anaacutelisis financiero para cada alternativa 126
53 VALOR DEL SERVICIO DE ENERGIacuteA ELEacuteCTRICA ACTUAL 150
54 COSTO DE LA ENERGIacuteA GENERADA CON VIENTO 151
541 Costo de capital 151
542 Costos de operacioacuten y mantenimiento 153
543 Costo de reoposicioacuten de equipos 153
6 CONSIDERACIONES AMBIENTALES 155
61 ASPECTOS POSITIVOS 155
62 BARRERAS 157
621 Impacto Visual 157
622 Ruido 157
623 Uso de terreno 158
63 PROTOCOLO DE KYOTO 158
631 Conferencias sobre la reduccioacuten de gases de efecto invernadero 159
64 MECANISMOS DE DESARROLLO LIMPIO 161
641 Gases de efecto invernadero 161
642 Emisiones de CO2 163
643 Evolucioacuten de los mecanismos de Kyoto en las negociaciones de cambio
climaacutetico 163
65 LICENCIA AMBIENTAL PARA EL PROYECTO 164
7 MARCO LEGAL Y TRIBUTARIO 165
71 INCENTIVOS INTERNACIONALES PARA LA ENERGIacuteA EOacuteLICA 165
711 Incentivos fiscales 165
712 Depreciacioacuten acelerada 165
713 Subsidios 166
714 Pagos en efectivo por kWh 166
715 Exenciones arancelarias 166
716 Renuncia del uso de derechos impuestos de propiedad de la tierra 166
72 FINANCIACIOacuteN 167
73 REGULACIONES AMBIENTALES 167
731 Emisiones normalizadas 167
732 Impuestos de emisioacuten 167
733 Raacutepida aprobacioacuten de proyectos ambientales 168
74 PROGRAMAS VOLUNTARIOS 168
741 Eliminacioacuten de subsidios para el combustible convencional 168
75 PAIacuteSES EN LOS QUE SE ESTIMULA EL USO DE ENERGIacuteA EOacuteLICA
Y TIPO DE ESTIMULO 168
76 REGULACIOacuteN DE LAS ENERGIacuteAS ALTERNATIVAS EN COLOMBIA 169
761 Ley 697 de octubre de 2001 170
762 Ley 223 de diciembre de 1995 171
763 Decreto 2532 de noviembre de 2001 172
8 CONCLUSIONES 175
9 RECOMENDACIONES 178
BIBLIOGRAFIacuteA 179
ANEXOS 182
LISTA DE FIGURAS
paacuteg
Figura 1 El aerogenerador de Gedser 30
Figura 2 Crecimiento de la energiacutea eoacutelica en el mundo 35
Figura 3 Caracterizacioacuten de los vientos en una montantildea 40
Figura 4 Representacioacuten del aacuterea barrida por un rotor 41
Figura 5 Desviacioacuten del viento producida por un aerogenerador 42
Figura 6 Corriente de aire en tubo ciliacutendrico 43
Figura 7 Graacutefica de la relacioacuten de potencia especiacutefica del viento con la velocidad
del viento 44
Figura 8 Anemoacutemetro de cazoletas 45
Figura 9 Anemoacutemetro de recorrido 48
Figura 10 Ejemplo de la variabilidad de la velocidad de viento de un sitio
determinado 51
Figura 11 Ejemplo de la variacioacuten diaria del viento de un sitio determinado 52
Figura 12 Vista lateral de la corriente de viento alrededor de un obstaacuteculo 52
Figura 13 Vista superior de la corriente de aire alrededor de un obstaacuteculo 53
Figura 14 Representacioacuten graacutefica del efecto tuacutenel 54
Figura 15a Representacioacuten graacutefica del efecto de la colina 55
Figura 15b Vista lateral del efecto de la colina 55
Figura 16 Aerogenerador de tres aspas 61
Figura 17a Aerogenerador de dos aspas 62
Figura 17b Aerogenerador de dos aspas con rotor basculante 62
Figura 18a Aerogenerador de una aspa 63
Figura 18b Disposicioacuten del contrapeso de un aerogenerador monopala 63
Figura 19 Disposicioacuten tiacutepica de elementos de un aerogenerador 64
xiii
Figura 20 Caracterizacioacuten del viento para la extraccioacuten de potencia en un
aerogenerador 72
Figura 21 Potencia maacutexima extraiacuteda del viento 76
Figura 22 Ubicacioacuten del municipio de Saboyaacute (Boyacaacute) 78
Figura 23 Velocidad anual del viento en la vereda Tibista (ms) 81
Figura 24 Velocidad mensual del viento en la vereda Tibista (ms) 82
Figura 25 Velocidad diaria del viento en la vereda Tibista (ms) 82
Figura 26 Velocidad horaria del viento en la vereda Tibista (ms) 83
Figura 27 Probabilidad de Weibull para la vereda Tibista 86
Figura 28 Curva de rendimiento de bombas centriacutefugas 88
Figura 29 Curva de potencia tiacutepica de un aerogenerador de 1kW 89
Figura 30 Curva de potencia tiacutepica de un aerogenerador de 15kW 91
Figura 31 Curva de potencia tiacutepica de un aerogenerador de 3kW 92
Figura 32 Banco de Bateriacuteas serie-paralelo 96
Figura 33 Montaje del sistema conversor de energiacutea eoacutelica 99
Figura 34 Modelo de flujo de caja 125
Figura 35 Propagacioacuten del sonido y distancia 159
Figura 36 Emisiones sectoriales de CO2 en Colombia para 1990 164
xiv
LISTA DE FOTOS
paacuteg
Foto 1 Poul la Cour y su esposa Christine 26
Foto 2 Aerogeneradores de la Cour 27
Foto 3 Turbina bipala de FL Smidth 28
Foto 4 Turbina tripala de FL Smidth 29
Foto 5 Aerogenerador de Johannes Juul 29
Foto 6 Aerogenerador de Gedser reacondicionado por la NASA 31
Foto 7 Aerogenerador de Riisager 32
Foto 8 Aerogenerador Darrieus de eje vertical 33
Foto 9 Aerogenerador Twind de 2MW 33
Foto 10 Granja eoacutelica en Palm Springs (California) 34
Foto 11 Aerogenerador NEG MICON de 15 MW 36
Foto 12 Superficie terrestre (tomada de un sateacutelite de la NASA NOAA-7
en julio de 1984) 39
Foto 13 Aacuterbol deformado a causa de la incidencia del viento 46
Foto 14 Paisaje llano correspondiente a una rugosidad de 05 50
Foto 15 Maacutequina Darrieus 58
Foto 16 Aerogenerador con rotor a barlovento 59
Foto 17 Aerogenerador con rotor a sotavento 60
Foto 18 Torres tubulares de acero 68
Foto 19 Aerogenerador con torre de celosiacutea 69
Foto 20 Aerogenerador con torre de maacutestil tensado 69
Foto 21 Inversor de 24VCD a 120VCA 97
xv
LISTA DE TABLAS
paacuteg
Tabla 1 Potencia eoacutelica en el mundo al 2002 36
Tabla 2 Potencia eoacutelica instalada en Europa (2002) 37
Tabla 3 Potencia eoacutelica instalada en Norte Ameacuterica (2002) 37
Tabla 4 Potencia eoacutelica instalada en Asia (2002) 37
Tabla 5 Potencia eoacutelica instalada en Aacutefrica (2002) 38
Tabla 6 Potencia eoacutelica instalada en Ameacuterica del Sur y Centroameacuterica (2002) 38
Tabla 7 Potencia eoacutelica instalada en Oceaniacutea (2002) 38
Tabla 8 Escala de Beaufort para la intensidad de viento 47
Tabla 9 Clase y longitud de rugosidad 50
Tabla 10 Tamantildeo tiacutepico de aerogeneradores y su velocidad de rotacioacuten 60
Tabla 11 Datos geograacuteficos de la estacioacuten metereoloacutegica 79
Tabla 12 Direccioacuten predominante y velocidad media diaria del viento en ms
para la estacioacuten ldquoALTO SABOYAacuterdquo 80
Tabla 13 Relaciones generales entre viabilidad y velocidad de viento para su uso
como fuente de energiacutea 84
Tabla 14 Consumo tiacutepico de energiacutea eleacutectrica en la zona de estudio 87
Tabla 15 Bomba Centriacutefuga 88
Tabla 16 Desempentildeo de un aerogenerador de 1kW para la vereda Tibista 90
Tabla 17 Desempentildeo de un aerogenerador de 15kW para la vereda Tibista 91
Tabla 18 Desempentildeo de un aerogenerador de 3kW para la vereda Tibista 93
Tabla 19 Aerogeneradores de 15kW 94
Tabla 20 Bateriacuteas de 220Ah 96
Tabla 21 Inversores de 24VCD a 120VCA 97
Tabla 22 Regulador de 100A 98
xvi
Tabla 23 Alternativa de inversioacuten 1 122
Tabla 24 Alternativa de inversioacuten 2 122
Tabla 25 Alternativa de inversioacuten 3 123
Tabla 26 Costos de montaje del sistema eoacutelico 123
Tabla 27 Costo final de las alternativas 124
Tabla 28 Flujo de caja proyectado para las 3 alternativas 128
Tabla 29 Flujo de caja para la alternativa 1 con cuota inicial del 30 a 24 meses 129
Tabla 30 Flujo de caja para la alternativa 1 con cuota inicial del 30 a 36 meses 130
Tabla 31 Flujo de caja para la alternativa 1 con cuota inicial del 30 a 60 meses 131
Tabla 32 Flujo de caja para la alternativa 2 con cuota inicial del 30 a 24 meses 134
Tabla 33 Flujo de caja para la alternativa 2 con cuota inicial del 30 a 36 meses 135
Tabla 34 Flujo de caja para la alternativa 2 con cuota inicial del 30 a 60 meses 136
Tabla 35 Flujo de caja para la alternativa 3 con cuota inicial del 30 a 24 meses 139
Tabla 36 Flujo de caja para la alternativa 3 con cuota inicial del 30 a 36 meses 140
Tabla 37 Flujo de caja para la alternativa 3 con cuota inicial del 30 a 60 meses 141
Tabla 38 Costo total para la alternativa escogida 144
Tabla 39 Flujo de caja proyectado para la alternativa escogida 144
Tabla 40 Flujo de caja para la alternativa escogida con cuota inicial del 30
a 24 meses 145
Tabla 41 Flujo de caja para la alternativa escogida con cuota inicial del 30
a 36 meses 146
Tabla 42 Flujo de caja para la alternativa escogida con cuota inicial del 30
a 60 meses 147
Tabla 43 Flujo del servicio de energiacutea eleacutectrica actual por 20 antildeos 150
Tabla 44 Emisiones de CO2 en el mundo 156
Tabla 45 Ejemplo de la escala de decibelios dB(A) 158
xvii
LISTA DE ANEXOS
paacuteg
Anexo 1 Ubicacioacuten geograacutefica de la vereda Tibista 182
Anexo 2 Ubicacioacuten geograacutefica de la estacioacuten metereoloacutegica ldquoALTO SABOYAacuterdquo 183
Anexo 3 Regiacutemenes de vientos de la estacioacuten ldquoALTO SABOYAacuterdquo de antildeos
anteriores a 1997 184
Anexo 4 Tarifas de energiacutea eleacutectrica para Boyacaacute y Casanare durante el mes
de mayo de 2002 185
Anexo 5 Flujos de fondos para la alternativa escogida 186
Anexo 6 Corporaciones autoacutenomas regionales de Colombia 187
Anexo 7 Formulario para la solicitud de licencia ambiental 188
xviii
RESUMEN
El objetivo de este proyecto ha sido establecer la factibilidad para la generacioacuten de energiacutea
eleacutectrica mediante un aerogenerador de baja potencia en la vereda Tibista zona rural del
municipio de Saboyaacute ubicado en el departamento de Boyacaacute En esta monografiacutea se
presenta en primer teacutermino una retrospectiva general de la utilizacioacuten de la energiacutea eoacutelica
incluyendo la tecnologiacutea empleada para el aprovechamiento de la misma tambieacuten se
presentan consideraciones teoacutericas y consideraciones a tener en cuenta en el proceso de
transformacioacuten de la potencia del viento en potencia uacutetil a ser obtenida
A partir del anaacutelisis del potencial eoacutelico para el lugar antes mencionado y de la estimacioacuten
del consumo tiacutepico de energiacutea eleacutectrica para una vivienda rural se busca el desempentildeo
oacuteptimo de un aerogenerador realizando un anaacutelisis comparativo entre varias alternativas de
aerogeneradores de diferentes potencias nominales que cumplan con la demanda de
energiacutea eleacutectrica y seleccionando asiacute el que mejor se adapte a las necesidades tanto
teacutecnicas como econoacutemicas
Igualmente el documento realiza un enfoque econoacutemico junto con consideraciones legales
y tributarias tanto internacionales como nacionales con el fin de determinar la factibilidad
del uso de las energiacuteas renovables en este caso particular la energiacutea eoacutelica
Por uacuteltimo se presentan conclusiones y recomendaciones de tipo teacutecnico y econoacutemico
como la factibilidad existente de utilizar la energiacutea eoacutelica como fuente de energiacutea eleacutectrica
para el consumo propio de una zona aislada y sus posibles costos proyectados a un mediano
plazo estas conclusiones y recomendaciones estaacuten dirigidas a viabilizar el uso de fuentes
alternativas en distintas zonas rurales del territorio nacional
xix
INTRODUCCIOacuteN
La utilizacioacuten de energiacuteas alternativas o renovables han cobrado gran importancia en el
mundo en los uacuteltimos antildeos debido a la concientizacioacuten de las personas sobre factores
ambientales y la necesidad de utilizar fuentes de energiacutea maacutes baratas y accesibles
Acontecimientos histoacutericos como la crisis del petroacuteleo de los antildeos setenta y el aumento de
los precios de los combustibles en los uacuteltimos antildeos han obligado a investigar sobre
energiacuteas alternativas y sus escenarios de sustitucioacuten de fuentes convencionales
Debido a que los precios de los combustibles foacutesiles podraacuten aumentar a mediano plazo
dada la limitacioacuten de sus reservas ha surgido una creciente importancia de las energiacuteas
renovables y en particular de la energiacutea eoacutelica Si se tuvieran en cuenta costos externos
como los ambientales la competitividad de estas fuentes renovables seriacutea mucho maacutes
evidente
Ademaacutes con objeto de promover el desarrollo energeacutetico de manera sostenible y racional
sin afectar nuestro medio ambiente e implementar la distribucioacuten a regiones aisladas se
plantea la necesidad de recurrir al uso de dichas fuentes alternativas como lo es la
aerogeneracioacuten ya que masificar el uso de combustibles foacutesiles extender las redes de
interconexioacuten eleacutectrica yo construir nuevos embalses implica costos ambientales y
econoacutemicos injustificables hoy en diacutea Los anteriores son factores que han motivado a
diferentes paiacuteses a utilizar el recurso eoacutelico como fuente de aprovechamiento energeacutetico
Colombia presenta un importante potencial para aprovechar esta tecnologiacutea
Mediante este proyecto se plantea suministrar energiacutea eleacutectrica en zona rural del municipio
de Saboyaacute por medio de un aerogenerador de baja potencia que trabaja con un reacutegimen de
vientos que logra ser el adecuado para la instalacioacuten de equipos de estas caracteriacutesticas y
que no implica alteracioacuten alguna al ecosistema natural aclarando que la aerogeneracioacuten a
baja potencia esta entre un rango de 500W a 20kW
Seleccionando asiacute correctamente el aerogenerador que cumpla eficazmente con la
generacioacuten de energiacutea eleacutectrica se podriacutean implementar para otras zonas del territorio que
no estaacuten conectadas con el sistema eleacutectrico nacional y que tambieacuten presenten condiciones
aceptables de vientos realizando una correcta aplicacioacuten funcionamiento y futuro montaje
de los aerogeneradores
Econoacutemicamente se espera que al transcurrir del tiempo exista una posible recuperacioacuten de
la inversioacuten inicial y que antes de terminar la vida uacutetil del aerogenerador se pueda
implementar yo mejorar la tecnologiacutea Sin embargo estos aspectos econoacutemicos definiraacuten
en la vereda Tibistaacute zona rural de Saboyaacute la factibilidad o rentabilidad que pueda existir
en un proyecto de generar energiacutea eleacutectrica utilizando el recurso natural del viento
En Colombia tenemos que la aerogeneracioacuten de baja potencia es una tecnologiacutea nueva para
el mercado nacional el presente trabajo analiza la factibilidad para tomar decisiones
acertadas acerca de la aplicacioacuten de la energiacutea eoacutelica en el campo de aerogeneracioacuten a baja
potencia en el lugar antes mencionado incluyendo un estudio teacutecnico y econoacutemico para
dejar una base en futuras investigaciones con todos los paraacutemetros necesarios para llevar a
cabo el montaje de este proyecto y ademaacutes que sirva de guiacutea para proacuteximas generaciones
con el fin de incentivar el uso de las energiacuteas renovables en nuestro caso el viento
xxi
PREAacuteMBULO
El constante desarrollo tecnoloacutegico de la humanidad a tenido un protagonista desde los
comienzos de la civilizacioacuten El dios Eolo El llamado dios de los vientos es aprovechado
desde las maacutes remotas eacutepocas Las primeras naves que surcaron los riacuteos lagos y mares
usaban las grandes superficies de sus velas para impulsar los diferentes tipos de naviacuteos y
puede decirse que fue su aprovechamiento un gran avance en la tecnologiacutea de la eacutepoca para
conquistar diferentes tierras en ultramar de hecho la Ameacuterica fue descubierta gracias al
aprovechamiento de la energiacutea eoacutelica Otro avance interesante se vio con el uso de los
molinos de viento para convertir la energiacutea eoacutelica en energiacutea mecaacutenica Asiacute fue posible
aprovechar la energiacutea para la molienda de cereales y para extraer el agua desde acuiacuteferos
ubicados en las entrantildeas de la tierra en los pozos profundos
A pesar de existir evidencia remota de la utilizacioacuten de una u otra forma de los sistemas de
conversioacuten de energiacutea eoacutelica para aprovechar la energiacutea del viento no se tiene una fecha
exacta de las primeras aplicaciones Se sabe que en la China se implementaron
rudimentarios molinos de viento de sencilla construccioacuten para el bombeo del agua varios
siglos AC Ademaacutes en Persia y Medio Oriente existe la evidencia de la utilizacioacuten de
molinos de viento de eje vertical los cuales estaban equipados con una vela de cantildea tejida y
fueron empleados para moler grano esto aproximadamente entre los antildeos 200 a 700 de la
era cristiana
Al pasar del tiempo la utilizacioacuten de la energiacutea eoacutelica se extendioacute por todo el mediterraacuteneo
y paulatinamente se fue introduciendo en Europa fue asiacute como se hicieron grandes mejoras
tecnoloacutegicas en especial por parte de los Holandeses A comienzos del siglo XX se hallaban
en funcionamiento alrededor de un milloacuten de maacutequinas eoacutelicas en todo el mundo para el
bombeo de agua
Posteriormente con el surgir de la maacutequina de vapor y luego el nacimiento y posterior
desarrollo del motor de combustioacuten impulsado por la segunda guerra mundial la energiacutea
eoacutelica dejoacute de ser un factor dominante en la imagen energeacutetica de los paiacuteses desarrollados
La crisis del petroacuteleo de 1973 demostroacute que los combustibles foacutesiles son un recurso
limitado ademaacutes de contaminantes por lo tanto se despierta la necesidad de desarrollar
otras formas de energiacutea con tecnologiacutea moderna Como consecuencia se ha presentado un
creciente intereacutes por la aplicacioacuten de la energiacutea eoacutelica
CLASIFICACIOacuteN Y DESCRIPCIOacuteN DE LAS MAacuteQUINAS DE ENERGIacuteA EOacuteLICA
Baacutesicamente la utilizacioacuten de estas maacutequinas de conversioacuten de energiacutea eoacutelica han sido para
la molienda de granos el bombeo de agua y la generacioacuten de energiacutea eleacutectrica
1 Molienda de granos
Los equipos utilizados para este tipo de trabajo son los molinos de viento claacutesico que se
distinguen fundamentalmente dos tipos de caja giratoria (figura a) y de techo giratorio
(figura b)
Figura a Molino de viento para la molienda de granos de caja giratoria
xxii
Figura b Molino de viento para la molienda de granos de techo giratorio con orientacioacuten
por rotor auxiliar
Se requeriacutea que el molinero estuviese en permanente vigilancia para mantener orientadas
las palas contra el viento La orientacioacuten se haciacutea primitivamente mediante bueyes o mulas
o a veces era el mismo molinero quien se ayudaba con aparejos para hacer girar el
conjunto Los maacutes modernos se orientaban por la accioacuten de dos eoacutelicas auxiliares Las palas
eran de madera generalmente recubiertas de tela Los modelos mediterraacuteneos soliacutean ser a
vela En Espantildea y Portugal existiacutea un sistema muy ingenioso de alarma para avisar al
molinero los cambio de viento Consistiacutea en caacutentaros colocados de una forma particular
sobre las aspas que cuando el viento cambiaba de direccioacuten incidiacutea con cierto aacutengulo sobre
los caacutentaros y los haciacutea sonar
Llegaron a construirse molinos de tipo caja giratoria hasta de 30kW Estas construcciones
funcionaron en Holanda durante maacutes de dos siglos su velocidad variaba de 10 a 40 rpm y
la captacioacuten maacutexima de energiacutea era de un 50
xxiii
2 Bombeo de agua
Este tipo de maacutequinas hicieron su aparicioacuten en Estados Unidos hacia 1870 desde alliacute
pasaron a Europa y al resto del mundo En la actualidad se realiza casi exclusivamente por
maacutequinas que tienen alrededor de 12 a 24 palas (multipala) siendo generalmente simples
chapas de metal curvadas Veacutease figura c
Figura c Aerobomba utilizada para la extraccioacuten de agua
Estas maacutequinas debido a su elevado par de arranque y de trabajar con vientos deacutebiles (de 2
a 35 ms aprox) son ideales para accionar bombas a pistoacuten Estas bombas a su vez
presentan muchas ventajas robustez poco desgaste por trabajar a baja velocidad bajo
precio poca necesidad de mantenimiento rendimiento bastante bueno y capacidad para
bombear desde capas profundas
Tambieacuten se han hecho experiencias de bombeo con maacutequinas de alta velocidad acopladas a
bombas centriacutefugas o a compresores de aire que bombean por emulsioacuten El rendimiento
global de estos sistemas es superior pero su costo es muy elevado
xxiv
3 Generacioacuten de energiacutea eleacutectrica
Los aerogeneradores utilizados para esta funcioacuten tiene un nuacutemero de palas menor que por
lo general va de 2 a 4 tiene la ventaja de ser a igual potencia maacutes livianas que las
maacutequinas utilizadas para el bombeo de agua debido a su menor solidez Tienen el
inconveniente de presentar un bajo par de arranque necesitan vientos de maacutes de 4 ms para
trabajar de manera estable las palas suelen fabricarse en aluminio o fibra de vidrio con
resina epoxi con lo cual se logra tener un menor peso en el aerogenerador Este proyecto se
basaraacute fundamentalmente en este tipo de maacutequinas eoacutelicas para el suministro de energiacutea
eleacutectrica en una zona rural En la figura d se puede observar un tipo de estas maacutequinas
Figura d Montaje tiacutepico de un aerogenerador para el suministro de energiacutea eleacutectrica en
una zona rural
xxv
CAPIacuteTULO 1
1 HISTORIA DE LA ENERGIacuteA EOacuteLICA
11 EL PIONERO DE LA ENERGIacuteA EOacuteLICA POUL LA COUR1
Foto 1 Poul la Cour y su esposa Christine
Poul la Cour (1846-1908) quien tuvo originalmente una formacioacuten como meteoroacutelogo
fue el pionero de las modernas turbinas eoacutelicas generadoras de electricidad Poul la Cour
fue tambieacuten uno de los pioneros de la moderna aerodinaacutemica y construyoacute su propio tuacutenel
de viento para realizar experimentos La Cour se preocupaba del almacenamiento de
energiacutea y utilizaba la electricidad de sus turbinas eoacutelicas para producir electroacutelisis y obtener
asiacute hidroacutegeno para las laacutemparas de gas de su escuela
1 Tomado httpwwwwindpowerorgespictureslacourhtm
27
111 Los aerogeneradores de La Cour
En la foto 2 se observan dos de los aerogeneradores de prueba que en 1897 Poul La Cour
teniacutea en el instituto de Askov Folk (Dinamarca) donde realizaba sus experimentos
Foto 2 Aerogeneradores de la Cour
112 La revista de electricidad eoacutelica
Poul la Cour tambieacuten publicoacute la primera revista de electricidad eoacutelica del mundo
En 1918 unas 120 empresas puacuteblicas de todo el mundo teniacutean un aerogenerador
generalmente del tamantildeo de 20 a 35kW haciendo un total de 3 megavatios de potencia
instalada
28
Sin embargo el intereacutes mundial por la energiacutea eoacutelica decayoacute en los antildeos siguientes aunque
una crisis de suministro durante la Segunda Guerra Mundial hizo que se afianzara
12 PIONEROS DE LA ENERGIacuteA EOacuteLICA 1940-19502
121 Las turbinas de FL Smidth
Foto 3 Turbina bipala de FL Smidth
Durante la segunda guerra mundial la compantildeiacutea danesa de ingenieriacutea FL Smidth (ahora
un fabricante de maquinaria para la industria cementera) construyoacute diversos
aerogeneradores bi y tripala Todas estas maacutequinas al igual que sus predecesoras generaban
CA (corriente alterna)
En la foto 4 se muestra una maacutequina de FL Smidth tripala de la isla de Bogo
(Dinamarca) fabricada en 1942 que formaba parte de un sistema eoacutelico-diesel que regiacutea el
suministro eleacutectrico de la isla En 1951 el generador de CC (corriente continua) fue
sustituido por un generador asiacutencrono de CA haciendo que esta segunda turbina generase
asiacute CA
2 CADIZ DELEITO J amp CABRERO J La energiacutea eoacutelica tecnologiacutea e historia Madrid Espantildea Ed Blume1984
29
Foto 4 Turbina tripala de FL Smidth
13 PIONEROS DE LA ENERGIacuteA EOacuteLICA 1950 ndash 19803
131 Johannes Juul y el aerogenerador de Gedser
El ingeniero Johannes Juul fue uno de los primeros alumnos de Poul la Cour en sus cursos
para electricistas eoacutelicos en 1904 En los antildeos 50 J Juul llegoacute a ser un pionero en el
desarrollo de los primeros aerogeneradores de corriente alterna en el mundo
Foto 5 Aerogenerador de Johannes Juul
3 CADIZ DELEITO J amp CABRERO J La energiacutea eoacutelica tecnologiacutea e historia Madrid Espantildea Ed Blume1984
30
El innovador aerogenerador de Gedser de 200kW fue construido en 1956-57 por J Juul
para la compantildeiacutea eleacutectrica SEAS en la costa de Gedser en la parte sur de Dinamarca
Figura 1 El aerogenerador de Gedser
La turbina tripala con rotor a barlovento con orientacioacuten electromecaacutenica y un generador
asincroacutenico fue un disentildeo pionero de los modernos aerogeneradores aunque su rotor con
cables de acero parezca actualmente algo pasado de moda La turbina disponiacutea de
regulacioacuten por peacuterdida aerodinaacutemica y J Juul inventoacute los frenos aerodinaacutemicos de
emergencia en punta de pala que se sueltan por la fuerza centriacutefuga en caso de
sobrevelocidad
Baacutesicamente el mismo sistema es hoy en diacutea utilizado en los modernos aerogeneradores de
regulacioacuten por peacuterdida aerodinaacutemica El aerogenerador que durante muchos antildeos fue el
maacutes grande del mundo fueacute increiacuteblemente duradero Funcionoacute durante 11 antildeos sin
mantenimiento
El aerogenerador de Gedser fue reacondicionado en 1975 a peticioacuten de la NASA que
queriacutea resultados de medicioacuten de la turbina para el nuevo programa estadounidense de
energiacutea eoacutelica La maacutequina funcionoacute durante pocos antildeos para las mediciones de prueba
antes de ser desmantelada La carcasa y el rotor de la turbina se exponen actualmente en el
Museo de Electricidad de Bjerringbro (Dinamarca)
31
Foto 6 Aerogenerador de Gedser reacondicionado por la NASA
132 Las turbinas Nibe
Despueacutes de la primera crisis del petroacuteleo de 1973 muchos paiacuteses iniciaron su intereacutes en la
energiacutea eoacutelica En el mundo entero las compantildeiacuteas de energiacutea eleacutectrica dirigieron
inmediatamente su atencioacuten a la construccioacuten de grandes aerogeneradores por ejemplo en
Alemania Dinamarca Suecia el Reino Unido y los EEUU En 1979 se construyeron
varios aerogeneradores de 630kW En muchos sentidos las turbinas resultaron
extremadamente costosas y en consecuencia el alto precio de la energiacutea devino un
argumento clave en contra de la energiacutea eoacutelica
14 AEROGENERADORES A PARTIR DE LOS 80
Christian Riisager un carpintero estadounidense construyoacute un pequentildeo aerogenerador de
22kW en su propio jardiacuten utilizando el disentildeo del aerogenerador de Gedser como punto de
partida Utilizoacute componentes estaacutendar que no resultaban costosos (por ej un motor eleacutectrico
como generador partes de un vehiacuteculo como multiplicador y freno mecaacutenico) donde le fue
posible
32
El aerogenerador de Riisager resultoacute ser un eacutexito en muchos casas de campo de todo el
mundo y su eacutexito proporcionoacute la inspiracioacuten para la construccioacuten a partir de los antildeos 80 de
los actuales aerogeneradores
Foto 7 Aerogenerador de Riisager
141 Disentildeos competitivos de turbinas
Algunos disentildeos incluido el de Riisager estaacuten en parte basados en la soacutelida experiencia del
aerogenerador de Gedser o en las claacutesicas rosas de los vientos multipala americanas de
lento movimiento otras eran maacutes revolucionarias incluyendo las maacutequinas Darrieus de eje
vertical (veacutease foto 8) las maacutequinas que utilizan aletas para el control de potencia o
hidraacuteulica para el sistema de transmisioacuten etc La mayoriacutea de maacutequinas eran muy pequentildeas
para los estaacutendares actuales normalmente de 5 a 11kW
33
Foto 8 Aerogenerador Darrieus de eje vertical
142 La maacutequina Twind
La maacutequina Twind de 2MW fue una maacutequina totalmente revolucionaria La maacutequina era
una maacutequina corriente abajo con un diaacutemetro de rotor de 54m girando a velocidad variable
con un generador siacutencrono y con una conexioacuten indirecta a red utilizando electroacutenica de
potencia La maacutequina todaviacutea funciona perfectamente y se encuentra en Dinamarca
Foto 9 Aerogenerador Twind de 2MW
34
Asiacute pues el temprano desarrollo de los aerogeneradores era un lejano clamor de los
programas de investigacioacuten subvencionados por el gobierno sobre grandes maacutequinas
llevados a cabo simultaacuteneamente en Alemania EEUU Suecia el Reino Unido o Canadaacute
Finalmente versiones mejoradas de la claacutesica maacutequina tripala corriente arriba del
aerogenerador de Gedser resultaron ser los ganadores comerciales de esta competicioacuten
143 El gran torrente eoacutelico de California
Foto 10 Granja eoacutelica en Palm Springs (California)
Alrededor de 1985 el mercado de energiacutea eoacutelica en Estados Unidos desaparecioacute de la
noche a la mantildeana con la desaparicioacuten de los esquemas de apoyo californianos a esta
tecnologiacutea Desde entonces soacutelo unas pocas nuevas instalaciones han sido puestas en
servicio aunque finalmente el mercado parece haberse recuperado En efecto una sola
compantildeiacutea la Sea West Energy Corporation de los Estados Unidos creada en 1981 instaloacute
en 14 antildeos entre 1981 y 1995 2610 turbinas eoacutelicas con una potencia total instalada de
392 Megavatios
35
15 INDUSTRIA EOacuteLICA ACTUAL4
Actualmente se maneja a nivel mundial grandes granjas eoacutelicas o parques eoacutelicos que son
un conjunto de aerogeneradores ubicados muy cerca entre si que conforman una central de
energiacutea eleacutectrica utilizando aerogeneradores de 20kW a 2MW de potencia nominal las
maacutequinas de 600 y 750kW continuacutean siendo el soporte de la industria aunque el mercado
de los megavatios despegoacute en los antildeos 90
Figura 2 Crecimiento de la energiacutea eoacutelica en el mundo
El prototipo de la turbina NEG Micon 15MW (veacutease foto 11) fue puesto en
funcionamiento en septiembre de 1995 El modelo original teniacutea un diaacutemetro de rotor de
60 metros y dos generadores de 750kW funcionando en paralelo La versioacuten maacutes reciente
es un modelo 1500750kW (con dos generadores de 750kW) con un diaacutemetro de rotor de
64m
4 Revista Mundo Eleacutectrico Colombiano No40 ABB vislumbra rentable oportunidad de crecimiento Paacutegs127-8 julio ndash septiembre de 2000
36
Foto 11 Aerogenerador NEG MICON de 15MW
La capacidad instalada mundial en MW de energiacutea eoacutelica a enero de 2002 por continente
y por paiacutes con que se cuenta actualmente se puede ilustrar en las siguientes tablas5
Tabla 1 Potencia eoacutelica en el mundo al 2002
CONTINENTE MW
Europa 17360
Norte Ameacuterica 4452
Asia 2241
Aacutefrica 179
Centro-Sur Ameacuterica 125
Oceaniacutea 110
TOTAL 24467
5 Tomado httpwwwwpmconzwindicathtmmercado mundial de la energiacutea eoacutelica
37
Tabla 2 Potencia eoacutelica instalada en Europa (2002)
PAIacuteS MW PAIacuteS MWAlemania 8753 Ucrania 40
Espantildea 3335 Finlandia 39Dinamarca 2417 Beacutelgica 31
Italia 697 Polonia 28Reino Unido 485 Turquiacutea 19
HolandandashP Bajos 483 Noruega 17Suecia 280 Luxemburgo 15Grecia 272 Repuacuteblica Checa 5
Portugal 127 Rusia 5Irlanda 125 Suiza 5Austria 95 Letonia 1Francia 85 Rumania 1TOTAL 17360
Tabla 3 Potencia eoacutelica instalada en Norte Ameacuterica (2002)
PAIacuteS MW
EEUU 4245Canadaacute 207TOTAL 4452
Tabla 4 Potencia eoacutelica instalada en Asia (2002)
PAIacuteS MW PAIacuteS MWIndia 1507 Israel 8China 399 Sri Lanka 3Japoacuten 300 Taiwaacuten 3Iraacuten 11 Jordania 2
Corea de Sur 8TOTAL 2241
Tabla 5 Potencia eoacutelica instalada en Aacutefrica (2002)
38
PAIacuteS MWEgipto 125
Marruecos 54TOTAL 179
Tabla 6 Potencia eoacutelica instalada en Centroameacuterica y Ameacuterica del Sur (2002)
PAIacuteS MW PAIacuteS MWCosta Rica 71 Zona Caribe 13
Brasil 20 Meacutexico 5Argentina 14 Chile 2TOTAL 125
Tabla 7 Potencia eoacutelica instalada en Oceaniacutea (2002)
PAIacuteS MWAustralia 73
Nueva Zelanda 37TOTAL 110
CAPIacuteTULO 2
2 EL RECURSO EOacuteLICO
21 FUENTE DE LA ENERGIacuteA EOacuteLICA
Todas las fuentes de energiacutea renovables (excepto la mareomotriz y la geoteacutermica) e incluso
la energiacutea de los combustibles foacutesiles provienen en uacuteltimo teacutermino del sol El sol irradia
cerca de 10 x 1013 kWh de energiacutea hacia la Tierra en otras palabras la Tierra recibe 1017 W
de potencia Esto supone una energiacutea alrededor de 50 a 100 veces superior a la convertida
en biomasa por todas las plantas de la tierra Las diferencias de temperatura conllevan la
circulacioacuten de aire
Foto 12 Superficie terrestre
(Tomada de un sateacutelite de la NASA NOAA-7 en julio de 1984)
Las regiones alrededor del ecuador a 0deg de latitud son calentadas por el sol maacutes que las
zonas del resto del globo (veacutease foto 12) Estas aacutereas calientes estaacuten indicadas en colores
caacutelidos rojo naranja y amarillo
40
El aire caliente es maacutes ligero que el aire friacuteo por lo que subiraacute hasta alcanzar una altura
aproximada de 10km y se extenderaacute hacia el norte y hacia el sur Si el globo no rotase el
aire simplemente llegariacutea al Polo Norte y al Polo Sur para posteriormente descender y
volver al ecuador6
211 Vientos locales vientos de montantildea
Figura 3 Caracterizacioacuten de los vientos en una montantildea
Las regiones montantildeosas muestran modelos de clima muy interesantes
Un ejemplo es el viento del valle que se origina en las laderas que dan al sur (oacute en las que
dan al norte en el hemisferio sur) Cuando las laderas y el aire proacuteximo a ellas estaacuten
calientes la densidad del aire disminuye y el aire asciende hasta la cima siguiendo la
superficie de la ladera Durante la noche la direccioacuten del viento se invierte convirtieacutendose
en un viento que fluye ladera abajo Si el fondo del valle estaacute inclinado el aire puede
ascender y descender por el valle este efecto es conocido como viento de cantildeoacuten
6 Tomado httpwwwaweaorg
41
22 LA ENERGIacuteA EN EL VIENTO DENSIDAD DEL AIRE Y AacuteREA DE BARRIDO
DEL ROTOR
Figura 4 Representacioacuten del aacuterea barrida por un rotor
Un aerogenerador obtiene su potencia de entrada convirtiendo la fuerza del viento en un par
(fuerza de giro) actuando sobre las aspas del rotor La cantidad de energiacutea transferida al
rotor por el viento depende de la densidad del aire del aacuterea de barrido del rotor y de la
velocidad del viento Esto se puede observar en la figura 4 donde se representa el aacuterea
barrida por un rotor
221 Densidad del aire
La energiacutea cineacutetica de un cuerpo en movimiento es proporcional a su masa (o peso) Asiacute la
energiacutea cineacutetica del viento depende de la densidad del aire es decir de su masa por unidad
de volumen En otras palabras cuanto maacutes pesado sea el aire maacutes energiacutea recibiraacute la
turbina A presioacuten atmosfeacuterica normal y a 15 degC el aire pesa unos 1225 kilogramos por
metro cuacutebico aunque la densidad disminuye ligeramente con el aumento de la humedad
Ademaacutes el aire es maacutes denso cuando hace friacuteo que cuando hace calor A grandes altitudes
(en las montantildeas) la presioacuten del aire es maacutes baja y el aire es menos denso
42
222 Aacuterea de barrido del rotor
Un aerogenerador tiacutepico de 3kW tiene un diaacutemetro del rotor de 4 metros lo que supone un
aacuterea del rotor de unos 1256 metros cuadrados El aacuterea del rotor determina cuanta energiacutea
del viento es capaz de capturar una turbina eoacutelica
Dado que el aacuterea del rotor aumenta con el cuadrado del diaacutemetro del rotor una turbina que
sea dos veces maacutes grande recibiraacute 22 = 2 x 2 = cuatro veces maacutes energiacutea
23 LOS AEROGENERADORES DESVIacuteAN EL VIENTO7
Figura 5 Desviacioacuten del viento producida por un aerogenerador
Un aerogenerador desviaraacute el viento antes incluso de que el viento llegue al plano del rotor
Esto significa que nunca se captura toda la energiacutea que hay en el viento utilizando un
aerogenerador
En la figura 5 se representa el flujo de viento que viene desde la derecha y se usa un
mecanismo para capturar parte de la energiacutea cineacutetica que posee el viento (la figura muestra
un rotor de dos aspas aunque podriacutea haberse tratado de cualquier otro mecanismo)
43
231 Tubo de corriente de aire
El rotor del aerogenerador debe obviamente frenar el viento cuando captura su energiacutea
cineacutetica y la convierte en energiacutea rotacional Esto implica que el viento se moveraacute maacutes
lentamente en la parte izquierda del rotor que en la parte derecha Dado que la cantidad de
aire que pasa a traveacutes del aacuterea barrida por el rotor desde la derecha (por segundo) debe ser
igual a la que abandona el aacuterea del rotor por la izquierda el aire ocuparaacute una mayor seccioacuten
transversal (diaacutemetro) detraacutes del plano del rotor
Este efecto puede apreciarse en la figura 5 donde se muestra un tubo imaginario el
llamado tubo de corriente alrededor del rotor del aerogenerador El tubo de corriente
muestra como el viento movieacutendose lentamente hacia la izquierda ocuparaacute un gran volumen
en la parte posterior del rotor El viento no seraacute frenado hasta su velocidad final
inmediatamente detraacutes del plano del rotor El frenado del viento se produciraacute gradualmente
en la parte posterior del rotor hasta que la velocidad llegue a ser praacutecticamente constante
232 Tubo de corriente de aire ciliacutendrico
Se puede objetar que un aerogenerador girariacutea incluso situaacutendolo dentro de un tubo
ciliacutendrico normal Por supuesto se estaraacute en lo cierto al pensar que el rotor de un
aerogenerador puede girar si se situase dentro de un enorme tubo de cristal como el de la
figura 6 pero ocurre lo siguiente
7 Tomado httpwwwwindpowerorgestourwrestubehtm
44
Figura 6 Corriente de aire en un tubo ciliacutendrico
El viento de la parte izquierda del rotor se mueve a menor velocidad que el de la parte
derecha pero al mismo tiempo se sabe que el volumen de aire que entra al tubo por la
derecha cada segundo debe ser el mismo que el volumen de aire que sale del tubo por la
izquierda Con ello se puede deducir que si el viento encuentra alguacuten obstaacuteculo dentro del
tubo (en este caso el rotor) parte del viento que llega desde la derecha debe ser desviado de
la entrada del tubo (debido a la alta presioacuten del aire en el extremo derecho del tubo)
Por tanto el tubo ciliacutendrico no es una representacioacuten muy exacta de lo que ocurre cuando el
viento encuentra un aerogenerador por lo que la imagen de la figura 5 en forma de botella
es la maacutes cercana a la realidad
24 RELACIOacuteN DE LA POTENCIA DEL VIENTO CON EL CUBO DE LA
VELOCIDAD DEL VIENTO
La velocidad del viento es el factor de mayor importancia para la cantidad de energiacutea que
un aerogenerador puede transformar en electricidad la cantidad de energiacutea que posee el
viento variacutea con el cubo (la tercera potencia) de la velocidad media del viento pej si la
velocidad del viento se duplica la cantidad de energiacutea que contenga seraacute 23 = 2 x 2 x 2 =
ocho veces mayor
45
Figura 7 Graacutefica de la relacioacuten de potencia especiacutefica del viento con la velocidad del
viento
Ahora se puede explicar porque la energiacutea que contiene el viento variacutea con la tercera
potencia de su velocidad En el caso de turbinas eoacutelicas se usa la energiacutea de frenado del
viento por lo que si se dobla la velocidad del viento se tendraacute dos veces maacutes porciones
ciliacutendricas de viento movieacutendose a traveacutes del rotor cada segundo y cada una de esas
porciones contiene cuatro veces maacutes energiacutea
25 MEDICIOacuteN DE LA VELOCIDAD DEL VIENTO ANEMOacuteMETROS
Las mediciones de las velocidades del viento se realizan normalmente usando un
anemoacutemetro de cazoletas (ver figura 8) El anemoacutemetro de cazoletas tiene un eje vertical
tres cazoletas que capturan el viento y una veleta para detectar la direccioacuten del viento el
nuacutemero de revoluciones por segundo son registradas electroacutenicamente En lugar de
cazoletas el anemoacutemetro puede estar equipado con heacutelices aunque no es lo habitual
46
Figura 8 Anemoacutemetro de Cazoletas
Otros tipos de anemoacutemetros incluyen ultrasonidos o anemoacutemetros provistos de laacuteser que
detectan el desfase del sonido o la luz coherente reflejada por las moleacuteculas de aire los hay
tambieacuten de hilo electrocalentado que detectan la velocidad del viento mediante pequentildeas
diferencias de temperatura entre los cables situados en el viento y en la sombra del viento
(cara a sotavento)
26 MEDICIONES DE LA VELOCIDAD DEL VIENTO EN LA PRAacuteCTICA8
261 Informacioacuten empiacuterica
Esta informacioacuten se recoge con base a visitas realizadas al lugar donde las condiciones de
topografiacutea de vegetacioacuten y la investigacioacuten con los habitantes de la regioacuten aportan una
informacioacuten valiosa en la identificacioacuten de los lugares con un alto nivel de velocidad de
viento como se puede ver en la foto 13 en donde se observa la deformacioacuten de un aacuterbol
causada por la incidencia permanente de viento Si ya existen aerogeneradores en el aacuterea
los resultados de produccioacuten son una excelente guiacutea de las condiciones de viento locales
Informacioacuten empiacuterica puntual puede ser deducida a partir de la escala de Beaufort (tabla
8) que indica las caracteriacutesticas de incidencia de viento en la tierra
8 PINILLA S Aacutelvaro Manual de aplicacioacuten de la energiacutea eoacutelica Bogotaacute INEA 1997 p21
47
Foto 13 Aacuterbol deformado a causa de la incidencia del viento
Tabla 8 Escala de Beaufort para la intensidad de viento9
Numero deBeaufort
Velocidad de viento(ms)
Efectos observados en tierra
0 00 ndash 02 Calma humo asciende verticalmente
1 03 ndash 15 El humo indica la direccion del viento aspas demolinos no se mueven
2 16 ndash 33 Se siente el viento en la cara se mueven las hojas delos aacuterboles aspas de molinos se empiezan a mover
3 34 ndash 54 Hojas y ramas pequentildeas se mueven constantementebanderas livianas se extienden
4 55 ndash 79 Polvo hojas y papel en el piso se levanta ramas semueven
5 80 ndash 107 Pequentildeos aacuterboles comienzan a bambolear
6 108 ndash 138 Ramas grandes de los aacuterboles en movimiento silbido
9 OLADE Prospeccioacuten Evaluacioacuten y Caracterizacioacuten de la Energiacutea Eoacutelica Ecuador 1990
48
emana de cuerdas
7 139 ndash 171 Todo aacuterbol se mueve resistencia fuerte al caminarcontra el viento
8 172 ndash 207 Ramitas y ramas de los aacuterboles se rompen caminar esdificil
9 208 ndash 244 Las ramas medianas de los aacuterboles se quiebran
10 245 ndash 283 Los aacuterboles son arrancados y dantildeadas las techumbres
11 284 ndash 325 Destrozos extensos (Borrarsca)
12 326 ndash 369 Destrozos extensos (Huracaacuten)
13 370 ndash 414 Destrozos extensos (Huracaacuten)
14 415 ndash 461 Destrozos extensos (Huracaacuten)
15 462 ndash 508 Destrozos extensos (Huracaacuten)
16 509 ndash 558 Destrozos extensos (Huracaacuten)
17 559 ndash 611 Destrozos extensos (Cicloacuten)
262 Anemoacutemetros totalizadores
El anemoacutemetro deberaacute estar localizado en un lugar donde las condiciones sean limpias con
muy pocos obstaacuteculos alrededor y a una altura de 10m a 12m sobre la superficie del
terreno
Asiacute pues al realizar la lectura el visualizador del odoacutemetro deberaacute estar localizado muy
cerca del suelo ya que las torres para la instalacioacuten de anemoacutemetros por lo general no son
lo suficientemente robustas para sostener el peso de una persona que ascienda para realizar
las lecturas(veacutease figura 9)
Con la recopilacioacuten de esta informacioacuten totalizada y con promedio de velocidad de viento
se caracteriza formalmente el reacutegimen de vientos presente en un lugar identificaacutendose con
gran certeza las variaciones tanto diurnas como mensuales
49
Figura 9 Anemoacutemetro de Recorrido
263 Meacutetodo de correlacioacuten
Este meacutetodo de estimacioacuten permite combinar mediciones realizadas en un lugar especiacutefico
con registradores de velocidad de viento de cualquier tipo con los datos publicados y
suministrados por el servicio de meteorologiacutea (en Colombia el IDEAM y Corporaciones
Regionales) en estaciones aledantildeas al lugar
Se puede realizar mediciones de viento por un periodo corto de tiempo en un lugar (por
ejemplo algunos cuantos meses) y al comparar con datos obtenidos simultaacuteneamente en
una estacioacuten metereoloacutegica cercana al lugar se pueden producir coeficientes numeacutericos de
proporcionalidad a traveacutes de comparar los valores promedios medidos (diurnos yo
mensuales) con los datos publicados por el servicio de meteorologiacutea
27 RUGOSIDAD DEL TERRENO10
A alturas de alrededor de un kiloacutemetro la superficie terrestre apenas ejerce influencia
alguna sobre el viento Sin embargo en las capas maacutes bajas de la atmoacutesfera las velocidades
10 Tomado httpwwwwindpowerorgestourwresshearhtm
50
del viento se ven afectadas por la friccioacuten con la superficie terrestre En la industria eoacutelica
se distingue entre rugosidad del terreno la influencia de los obstaacuteculos y la influencia del
contorno del terreno tambieacuten llamada orografiacutea del aacuterea
En general cuanto maacutes pronunciada sea la rugosidad del terreno mayor seraacute el frenado que
experimente el viento Obviamente los bosques y las grandes ciudades frenan mucho el
viento mientras que las pistas de hormigoacuten de los aeropuertos soacutelo lo frenan ligeramente
las superficies de agua son incluso maacutes lisas que las pistas de hormigoacuten y tendraacuten por tanto
menos influencia sobre el viento mientras que la hierba alta y los arbustos frenaraacuten el
viento de forma considerable
271 Clase y longitud de rugosidad
En la industria eoacutelica la gente suele referirse a clase de rugosidad o longitud de rugosidad
cuando se trata de evaluar las condiciones eoacutelicas de un paisaje (ver tabla 9) Una alta
rugosidad de clase 3 oacute 4 se refiere a un paisaje con muchos aacuterboles y edificios mientras que
a la superficie del mar le corresponde una rugosidad de clase 0
Las pistas de hormigoacuten de los aeropuertos pertenecen a la clase de rugosidad 05 al igual
que el paisaje abierto y llano abierto (ver foto 14) El teacutermino longitud de rugosidad es en
realidad la distancia sobre el nivel del suelo a la que teoacutericamente la velocidad del viento
deberiacutea ser nula
Tabla 9 Clase y longitud de rugosidad
Clase derugosidad
Longitudde
rugosidad(m)
Iacutendicede
energiacutea()
Tipo de paisaje
51
0 00002 100 Superficie del agua
05 00024 73Terreno completamente abierto con una superficie lisapej pistas de hormigoacuten en los aeropuertos ceacutespedcortado etc
1 003 52 Aacuterea agriacutecola abierta sin cercados ni setos y con edificiosmuy dispersos Soacutelo colinas suavemente redondeadas
15 0055 45 Terreno agriacutecola con algunas casas y setos resguardantes de8 metros de altura con una distancia aproximada de 1250m
2 01 39 Terreno agriacutecola con algunas casas y setos resguardantes de8 metros de altura con una distancia aproximada de 500m
25 02 31Terreno agriacutecola con muchas casas arbustos y plantas osetos resguardantes de 8 metros de altura con una distanciaaproximada de 250m
3 04 24Pueblos ciudades pequentildeas terreno agriacutecola con muchoso altos setos resguardantes bosques y terreno accidentado ymuy desigual
35 08 18 Ciudades maacutes grandes con edificios altos
4 16 13 Ciudades muy grandes con edificios altos y rascacielos
Foto 14 Paisaje llano correspondiente a una rugosidad de 05
28 VARIABILIDAD DE LA VELOCIDAD DEL VIENTO
281 Variabilidad del viento a corto plazo
La velocidad del viento estaacute siempre fluctuando por lo que el contenido energeacutetico del
viento variacutea continuamente La fluctuacioacuten depende tanto de las condiciones climaacuteticas
como de las condiciones de superficie locales y de los obstaacuteculos la produccioacuten de energiacutea
52
de una turbina eoacutelica variaraacute conforme variacutee el viento aunque las variaciones maacutes raacutepidas
seraacuten hasta cierto punto compensadas por la inercia del rotor del aerogenerador
Figura 10 Ejemplo de la variabilidad de la velocidad de viento de un sitio determinado
282 Variaciones diurnas (noche y diacutea) del viento
En la mayoriacutea localizaciones del planeta el viento sopla maacutes fuerte durante el diacutea que
durante la noche La figura 11 muestra en intervalos de 3 horas como variacutea la velocidad
del viento a lo largo del diacutea en una ubicacioacuten de un aerogenerador especifico
esta variacioacuten se debe a las diferencias de temperatura El viento presenta tambieacuten maacutes
turbulencias y tiende a cambiar de direccioacuten maacutes raacutepidamente durante el diacutea que durante la
noche Desde el punto de vista de los propietarios de aerogeneradores el hecho de que la
mayor parte de la energiacutea eoacutelica se produzca durante el diacutea es una ventaja ya que el
consumo de energiacutea entonces es mayor que durante la noche
53
Figura 11 Ejemplo de la variacioacuten diaria del viento de un sitio determinado
29 OBSTAacuteCULOS AL VIENTO
Los obstaacuteculos del viento tales como edificios aacuterboles formaciones rocosas etc pueden
disminuir la velocidad del viento de forma significativa y a menudo crean turbulencias en
torno a ellos
Figura 12 Vista lateral de la corriente de viento alrededor de un obstaacuteculo
Como puede verse en la figura 12 cuando las corrientes de viento fluyen alrededor de un
obstaacuteculo la zona de turbulencias puede extenderse hasta una altura alrededor de 3 veces
superior a la altura del obstaacuteculo La turbulencia es maacutes acusada detraacutes del obstaacuteculo que
delante de eacutel Asiacute pues lo mejor es evitar grandes obstaacuteculos cerca de las turbinas eoacutelicas y
en particular si se encuentran en la parte donde sopla en viento dominante es decir en
frente de la turbina
Figura 13 Vista superior de la corriente de aire alrededor de un obstaacuteculo
54
291 Resguardo tras los obstaacuteculos
Los obstaacuteculos disminuiraacuten la velocidad del viento corriente abajo del obstaacuteculo Esta
disminucioacuten depende de la porosidad del obstaacuteculo es decir de que tanta resistencia posea
el obstaacuteculo al paso del viento (la porosidad se define como el aacuterea libre dividida por el
aacuterea total del objeto de cara al viento) Obviamente un edificio es soacutelido y no tiene
porosidad mientras que un aacuterbol completamente abierto en invierno (sin hojas) puede dejar
pasar a su traveacutes maacutes de la mitad del viento Sin embargo en verano el follaje puede ser
muy denso con lo que puede hacer disminuir la porosidad hasta dejarla en una tercera
parte El efecto de frenado del viento que un obstaacuteculo produce aumenta con la altura y la
longitud del mismo obviamente el efecto seraacute maacutes pronunciado cerca del obstaacuteculo y
cerca del suelo
210 EFECTOS ACELERADORES11
2101 Efecto tuacutenel
Si se toma un camino entre dos edificios altos o en un paso estrecho entre montantildeas se
observaraacute que se da el mismo efecto el aire se comprime en la parte de los edificios o de la
montantildea que estaacute expuesta al viento y su velocidad crece considerablemente entre los
obstaacuteculos del viento
11 Tomado httpwwwwindpowerorgestourspeeduphtm
55
Figura 14 Representacioacuten graacutefica del efecto tuacutenel
Esto es lo que se conoce como efecto tuacutenel (figura 14) Asiacute pues incluso si la velocidad
normal del viento en un terreno abierto puede ser de 6 metros por segundo en un tuacutenel
natural puede faacutecilmente alcanzar los 9 metros por segundo
Situar un aerogenerador en un tuacutenel de este tipo es una forma inteligente de obtener
velocidades del viento superiores a las de las aacutereas colindantes Para obtener un buen efecto
tuacutenel el tuacutenel debe estar suavemente enclavado en el paisaje
En el caso de que las colinas sean muy accidentadas puede haber muchas turbulencias en
esa aacuterea es decir el viento soplaraacute en muchas direcciones diferentes y con cambios muy
raacutepidos Si hay muchas turbulencias la ventaja que supone la mayor velocidad del viento se
veraacute completamente anulada y los cambios en el viento pueden causar dantildeos y desgastes
innecesarios en el aerogenerador
2102 Efecto de la colina
Una forma corriente de emplazar aerogeneradores es situaacutendolos en colinas o estribaciones
dominando el paisaje circundante (figura 15a) En particular siempre supone una ventaja
tener una vista lo maacutes amplia posible en la direccioacuten del viento dominante en el aacuterea
56
Figura 15a Representacioacuten graacutefica del efecto de la colina
En las colinas siempre se aprecian velocidades de viento superiores a las de las aacutereas
circundantes Una vez maacutes esto es debido a que el viento es comprimido en la parte de la
montantildea que da al viento y una vez el aire alcanza la cima de la colina puede volver a
expandirse al descender hacia la zona de bajas presiones por la ladera a sotavento de la
colina
Figura 15b Vista lateral del efecto de la colina
Como se observa en la figura 15b el viento empieza a inclinarse alguacuten tiempo antes de
alcanzar la colina debido a que en realidad la zona de altas presiones se extiende hasta una
distancia considerable enfrente de la colina Tambieacuten el viento se hace muy irregular una
vez pasa a traveacutes del rotor del aerogenerador
57
Al igual que en el efecto tuacutenel si la colina es escarpada o tiene una superficie accidentada
puede haber una cantidad de turbulencias significativa que puede anular la ventaja que
supone tener unas velocidades de viento mayores
CAPIacuteTULO 3
3 ASPECTOS TEOacuteRICOS
31 TECNOLOGIacuteA DE AEROGENERADORES12
311 Eje
3111 Aerogeneradores de eje horizontal
La mayor parte de la tecnologiacutea de aerogeneradores utilizada en la energiacutea eoacutelica son de eje
horizontal o HAWTs (horizontal axis wind turbines) La finalidad del rotor es la de
convertir el movimiento lineal del viento en energiacutea rotacional que pueda ser utilizada para
hacer funcionar el generador El mismo principio baacutesico es el que se utiliza en las modernas
turbinas hidraacuteulicas en las que la corriente de agua es paralela al eje de rotacioacuten de los
alabes de la turbina
3112 Aerogeneradores de eje vertical
Los aerogeneradores de eje vertical o VAWTs son como las norias (maacutequinas para sacar
agua compuesta de un engranaje y un tambor que lleva colgada una serie vasijas) asiacute
algunos tipos de turbinas de eje vertical realmente tambieacuten podriacutean trabajar con un eje
horizontal aunque apenas seriacutean capaces de mejorar la eficiencia de una turbina de tipo
heacutelice La uacutenica turbina de eje vertical que ha sido comercialmente fabricada para diversas
capacidades es la maacutequina Darrieus que debe su nombre al ingeniero franceacutes Georges
Darrieus quien patentoacute el disentildeo en 1931
12 MANATTINI Martiacuten Sistema conversor de energiacutea eoacutelica a 10kW Buenos Aires 2000 Trabajo de grado(Ingeniero Mecaacutenico) Universidad del Rosario Facultad de Ingenieriacutea Mecaacutenica
58
La maacutequina Darrieus se caracteriza por sus palas en forma de C que le hacen asemejarse a
un batidor de huevos Normalmente se construye con dos o tres palas(ver foto 15)
Foto 15 Maacutequina Darrieus
Las principales ventajas teoacutericas de una maacutequina de eje vertical son
1 Puede situar el generador el multiplicador etc en el suelo y puede no tener que
necesitar una torre para la maacutequina
2 No necesita un mecanismo de orientacioacuten para girar el rotor en contra del viento
Las principales desventajas son
1 A pesar que se puede evitar la torre las velocidades de viento seraacuten maacutes bajas en la
parte inferior (sitio del montaje del rotor)
2 La eficiencia promedio de las maacutequinas de eje vertical no es tan alta
3 La maacutequina no es de arranque automaacutetico es decir una maacutequina Darrieus
necesitaraacute un empuje antes de arrancar Sin embargo se puede utilizar el
generador como motor absorbiendo corriente de red para arrancar la maacutequina
4 La maacutequina puede necesitar cables tensores que la sujeten aunque esta solucioacuten no
es practicable en aacutereas muy cultivadas
5 Para sustituir el cojinete principal del rotor se necesita desmontar el rotor (esto es
aplicable tanto en las maacutequinas de eje horizontal como en las de eje vertical) En el
caso de las maacutequinas verticales esto implica que todo el sistema deberaacute ser
desmontado
59
312 Rotor
El rotor de una turbina eoacutelica es la parte esencial para conversioacuten de energiacutea cineacutetica del
aire en energiacutea mecaacutenica rotacional uacutetil en el eje se compone de las aspas y el cubo
(elemento de sujecioacuten de las aspas y conexioacuten del eje del equipo)
3121 Maacutequinas con rotor a barlovento
Las maacutequinas con rotor a barlovento tienen el rotor de cara al viento la gran mayoriacutea de los
aerogeneradores tienen este disentildeo La principal ventaja de los disentildeos corriente arriba es
que se evita el abrigo del viento tras la torre Por otro lado tambieacuten hay algo de abrigo
enfrente de la torre es decir el viento empieza a desviarse de la torre antes de alcanzarla
incluso si la torre es redonda y lisa
Foto 16 Aerogenerador con rotor a barlovento
El principal inconveniente de los disentildeos corriente arriba es que el rotor necesita ser
bastante inflexible y estar situado a una cierta distancia de la torre Ademaacutes una maacutequina
corriente arriba necesita un mecanismo de orientacioacuten para mantener el rotor de cara al
viento
60
3122 Maacutequinas con rotor a sotavento
Foto 17 Aerogenerador con rotor a sotavento
Las maacutequinas con rotor a sotavento tienen el rotor situado en la cara a sotavento de la torre
La ventaja teoacuterica que tienen es que pueden ser construidos sin un mecanismo de
orientacioacuten ya que el rotor y la carcasa tienen un disentildeo apropiado que hace que la carcasa
siga al viento pasivamente
La siguiente tabla relaciona el tamantildeo la potencia nominal del equipo y la velocidad tiacutepica
de rotacioacuten del rotor para una velocidad de viento nominal de 12ms
Tabla 10 Tamantildeo tiacutepico de aerogeneradores y su velocidad de rotacioacuten
Diaacutemetro del
rotor (m)
Potencia nominal a 12
ms del viento
Velocidad de rotacioacuten
tiacutepica (rpm)
10 100W 1000
25 1kW 500
70 8kW 200
175 50kW 80
250 100kW 50
400 260kW 35
Estos valores estaacuten sujetos a variaciones dependiendo de las caracteriacutesticasdel lugar de instalacioacuten del aerogenerador
61
313 Nuacutemero de aspas13
3131 Tripala
La mayoriacutea de aerogeneradores modernos tienen disentildeos tripala con el rotor a barlovento
en la cara de la torre que da al viento usando motores eleacutectricos en sus mecanismos de
orientacioacuten A este disentildeo se le suele llamar el claacutesico concepto daneacutes y tiende a
imponerse como estaacutendar al resto de conceptos evaluados La gran mayoriacutea de las turbinas
vendidas en los mercados mundiales poseen este disentildeo El concepto baacutesico fue introducido
por primera vez por el ceacutelebre aerogenerador de Gedser Otra de las caracteriacutesticas es el uso
de un generador asiacutencrono
Figura 16 Aerogenerador de tres aspas
3132 Bipala (oscilantebasculante)
Los disentildeos bipala de aerogeneradores tienen la ventaja de ahorrar el costo de una aspa y
por su puesto su peso Sin embargo suelen tener dificultades para penetrar en el mercado
en parte porque necesitan una mayor velocidad de giro para producir la misma energiacutea de
salida Esto supone una desventaja tanto en lo que respecta al ruido como al aspecto visual
Aproximadamente desde principios de los antildeos 90 varios fabricantes tradicionales de
maacutequinas bipala han optado por cambiar a disentildeos tripala
13 Tomado httpwwwwindpowerorgestourdesignconceptshtm
62
Figura 17a Aerogenerador de dos aspas
Las maacutequinas bi y monopala requieren de un disentildeo maacutes complejo con un rotor basculante
(buje oscilante) como el que se muestra en la figura 17b es decir el rotor tiene que ser
capaz de inclinarse con el fin de evitar fuertes sacudidas en la turbina cada vez que una de
las aspas pase por la torre Asiacute pues el rotor estaacute montado en el extremo de un eje
perpendicular al eje principal y que gira junto con el eje principal Esta disposicioacuten puede
necesitar de amortiguadores adicionales que eviten que las aspas del rotor choquen contra
la torre
Figura 17b Aerogenerador de dos aspas con rotor basculante
63
3133 Monopala
Los aerogeneradores monopala existen y ahorran el costo de otra aspa sin embargo los
aerogeneradores monopala no estaacuten muy extendidos comercialmente pues los
inconvenientes de los bipala tambieacuten son aplicables e incluso en mayor medida a las
maacutequinas monopala
Figura 18a Aerogenerador de una aspa
Ademaacutes de una mayor velocidad de giro y de los problemas de ruido y de intrusioacuten visual
necesitan un contrapeso en el lado del buje opuesto a la aspa que equilibre el rotor (veacutease
figura 18b) Obviamente esto anula el ahorro de peso comparado con un disentildeo bipala
Figura 18b Disposicioacuten del contrapeso de un aerogenerador monopala
64
314 Generador
Figura 19 Disposicioacuten tiacutepica de elementos de un aerogenerador
El aerogenerador convierte la energiacutea mecaacutenica en energiacutea eleacutectrica Los aerogeneradores
son algo inusuales si se les compara con los otros equipos generadores que suelen
encontrarse conectados a la red eleacutectrica
Una de las razones es que el generador debe trabajar con una fuente de potencia el rotor de
la turbina eoacutelica que suministra una potencia mecaacutenica muy variable (momento torsor)
3141 Generadores de corriente continua
El dinamo es una maquina eleacutectrica sencilla que se viene utilizando desde hace mucho
tiempo y que no presenta demasiadas complicaciones Su mayor inconveniente tal vez es
que utiliza escobillas en el colector lo que exige un mantenimiento superior al de los
alternadores
En los dinamos el inducido es el rotor la corriente generada en las bobinas inducidas es
alterna pero la salida se obtiene mediante dos semianillos en un giro por dos escobillas
colectoras que con el tiempo se desgastan Las bobinas inductoras se encuentran en el
estator y son alimentadas en serie o en paralelo por la corriente generada por la propia
maquina El arranque se realiza utilizando el magnetismo remanente en los polos inducidos
65
3142 Generadores de excitacioacuten o sincronos
Los generadores sincronos son alternadores claacutesicos que reciben la corriente de excitacioacuten
en forma de corriente continua bien sea desde una fuente exterior o desde otro alternador
auxiliar con rectificador incorporado Estos alternadores presentan ventajas sobre los
dinamos debido a que proporcionan mayor potencia con el mismo peso y a que trabajan a
un margen de revoluciones maacutes amplio Otra ventaja importante es que reciben la corriente
inductora en el motor a traveacutes de dos anillos completos por los que se deslizan las
escobillas y por los que pasan solo bajas intensidades resultando maacutes robustos que los
dinamos y con menos requisitos de mantenimiento Finalmente los alternadores sincronos
funcionan siempre de forma muy regular y pueden trabajar tanto en paralelo con la red
como alimentando sistemas eoacutelicos autoacutenomos
3143 Generadores de induccioacuten o asiacutencronos
Los generadores de induccioacuten reciben la corriente de excitacioacuten de una fuente exterior que
puede ser la red o alguacuten generador auxiliar pero en cualquier caso se trata de una corriente
alterna que crea un campo magneacutetico alterno de la misma frecuencia en el inductor
Los sistemas de control de los generadores de induccioacuten tienen la ventaja de que utilizan u
rotor jaula de ardilla el cual no necesita ni anillos ni escobillas Sin embargo el hecho de
depender de la red limita su aplicacioacuten y hay que prever los efectos de posibles fallos en la
alimentacioacuten o sobretensiones que ocurren con relativa frecuencia en las redes rurales
3144 Voltaje generado (tensioacuten)
Los generadores anteriormente mencionados pueden producir corriente alterna o corriente
directa Los equipos eoacutelicos de generacioacuten producen electricidad a una variedad de voltajes
desde 12 a 24VDC para carga de bateriacuteas o desde 120 a 240VCA para interconexioacuten con
la red eleacutectrica aunque se pueden conseguir otros voltajes seguacuten necesidad
En grandes aerogeneradores (alrededor de 100-150kW) el voltaje generado por la turbina
suele ser de 690V de corriente alterna trifaacutesica CA Posteriormente la corriente es enviada
a traveacutes de un transformador anexo a la turbina (o dentro de la torre) para aumentar su
voltaje entre 10000 y 30000V dependiendo del estaacutendar de la red eleacutectrica local
66
3145 Sistema de refrigeracioacuten
Todos los tipos de generadores necesitan refrigeracioacuten durante su funcionamiento En la
mayoriacutea de turbinas la refrigeracioacuten se lleva a cabo mediante encapsulamiento del
generador en un conducto utilizando un gran ventilador para la refrigeracioacuten por aire
aunque algunos fabricantes usan generadores refrigerados por agua Los generadores
refrigerados por agua pueden ser construidos de forma maacutes compacta lo que tambieacuten les
proporciona algunas ventajas en cuanto a rendimiento eleacutectrico se refiere aunque precisan
de un radiador en la carcasa para eliminar el calor del sistema de refrigeracioacuten por liacutequido
3146 Opciones de disentildeo en generadores y conexioacuten a red
Las turbinas eleacutectricas pueden ser disentildeadas tanto con generadores siacutencronos como
asiacutencronos y con varias formas de conexioacuten directa o conexioacuten indirecta a red del
generador
La conexioacuten directa a red significa que el generador estaacute conectado directamente a la red
de corriente alterna (generalmente trifaacutesica) La conexioacuten indirecta a red significa que la
corriente que viene de la turbina pasa a traveacutes de una serie de dispositivos eleacutectricos que
ajustan la corriente para igualarla a la de la red En generadores asiacutencronos esto ocurre de
forma automaacutetica
315 Sistema de transmisioacuten14
Este sistema convierte la energiacutea rotacional suministrada por la turbina a traveacutes de su eje
en movimiento para alimentacioacuten del generador eleacutectrico En sistemas pequentildeos (menos de
10kW de potencia eleacutectrica nominal) se utiliza comuacutenmente generadores de imanes
permanentes especialmente disentildeados para ser aclopados a turbinas eoacutelicas y por tanto no
se utiliza una caja de aumento de velocidad de rotacioacuten realizaacutendose una conexioacuten directa
entre el rotor y el generador teniendo en cuenta que la turbina eoacutelica gira entre 30 y 100
rpm dependiendo su diaacutemetro
14 PINILLA S Aacutelvaro Manual de aplicacioacuten de la energiacutea eoacutelica Bogotaacute DC INEA 1997 p43
67
3151 Sistema de transmisioacuten sin engranajes
Se usan generadores multipolos de baja velocidad de grandes dimensiones que implica
cierta desventaja en el transporte especialmente en la magnitud de los MW de otro lado el
nuacutemero de partes de maquinaria se reduce considerablemente (caja de engranajes
elementos de acople pocos elementos rotacionales) ademaacutes el disentildeo de la carcasa se
simplifica se usa en combinacioacuten de un control por peacuterdidas aerodinaacutemicas y un sistema de
orientacioacuten eleacutectrico de la turbina se evita asiacute mismo cualquier lubricacioacuten esta es una
ventaja de mantenimiento y operacioacuten Los costos son mayores con respecto a la
transmisioacuten con engranajes Su aplicacioacuten es muy limitada debido a la dificultad en el
transporte como consecuencia de su gran tamantildeo y tambieacuten por su alto costo
3152 Sistema de transmisioacuten con engranajes
Es la forma tradicional de disentildear una turbina esta es la unioacuten entre el rotor y el generador
por medio de una transmisioacuten de engranajes y acoples Su costo es menor presenta una
carcasa maacutes compacta lo cual es posible con la integracioacuten de muchos componentes dentro
de la caja de engranajes correctamente disentildeado es capaz de tener una vida uacutetil de 20 antildeos
aproximadamente y el cambio de aceite lubricante puede ser hecho pocas veces La gran
mayoriacutea de fabricantes de aerogeneradores en todo el mundo utiliza este sistema ya que su
tamantildeo se reduce considerablemente asiacute como su costo
316 Torres
La torre del aerogenerador soporta la carcasa y el rotor En los grandes aerogeneradores las
torres tubulares pueden ser de acero de celosiacutea o de hormigoacuten
Las torres tubulares tensadas con cables de acero solo se utilizan en aerogeneradores de
baja potencia (cargadores de bateriacuteas etc)
68
3161 Torres tubulares de acero
La mayoriacutea de los grandes aerogeneradores actualmente se instalan con torres tubulares de
acero como las de la foto 18 fabricadas en secciones de 20-30metros con bridas en cada
uno de los extremos y son unidas con pernos Las torres son tronco-coacutenicas es decir con
un diaacutemetro creciente hacia la base con el fin de aumentar su resistencia y al mismo tiempo
ahorrar material
Foto 18 Torres tubulares de acero
3162 Torres de celosiacutea
Las torres de celosiacutea son fabricadas utilizando perfiles de acero soldados La ventaja baacutesica
de las torres de celosiacutea es su costo puesto que una torre de celosiacutea requiere soacutelo la mitad de
material que una torre tubular sin sustentacioacuten adicional con la misma rigidez La principal
desventaja de este tipo de torres es su apariencia visual En cualquier caso por razones
esteacuteticas las torres de celosiacutea han desaparecido praacutecticamente en los grandes
aerogeneradores modernos
69
Foto 19 Aerogenerador con torre de celosiacutea
3163 Torres de maacutestil tensadas con cables de acero
Muchos de los aerogeneradores pequentildeos estaacuten construidos con delgadas torres de maacutestil
sostenidas por cables tensores La ventaja es el ahorro de peso y por lo tanto de costo La
desventaja es el difiacutecil acceso a las zonas alrededor de la torre
Finalmente este tipo de torres es maacutes propensa a sufrir actos vandaacutelicos lo que
compromete la seguridad del conjunto
Foto 20 Aerogenerador con torre de maacutestil tensado
70
317 Sistema eleacutectrico15
La conversioacuten de energiacutea de muchas turbinas modernas puede ser dividida en 3 conceptos
principales maacutequinas con velocidad constante maacutequinas con 1 o 2 velocidades y maacutequinas
de velocidad variable Los 3 principales componentes para conversioacuten de energiacutea en
turbinas eoacutelicas son rotor caja de engranajes y generador
En las maacutequinas de velocidad constante el generador es directamente conectado a la red
principal (esta red es la del sistema de transmisioacuten) La frecuencia de la red determina la
velocidad rotacional del generador y asiacute la del rotor
La baja velocidad rotacional del rotor de la turbina (Vrotor) es trasladada a la velocidad
rotacional del generador con la relacioacuten de transmisioacuten (r) de la caja de engranajes La
velocidad de generador depende del nuacutemero de polos (p) y la frecuencia de la red (Fred)
rVV generadorrotor ==== pFV redgenerador ==== prFV redrotor ====
Las ventajas maacutes grandes de las turbinas eoacutelicas con generadores asiacutencronos son
1 La simple y econoacutemica construccioacuten
2 No existen mecanismos de sincronizacioacuten
Como desventajas se tiene
1 Las altas corrientes de arranque
2 Su demanda por potencia reactiva
En maacutequinas de velocidad variable el generador es conectado a la red por un sistema
inversor electroacutenico o el embobinado de excitacioacuten del generador es movido por una
frecuencia externa de un inversor
15 URIBE C Juan P Estudio sobre la viabilidad teacutecnica y econoacutemica del uso de sistemas hiacutebridos para lageneracioacuten de energiacutea eleacutectrica Bogotaacute DC 1996 Trabajo de grado (Ingeniero Eleacutectrico) Universidad delos Andes Facultad de Ingenieriacutea Eleacutectrica
71
En el primer caso se habla de sistemas generadores con corriente directa asociada al
inversor y en el segundo caso se habla de sistemas del generador asincroacutenico doble
La idea baacutesica de la turbina de velocidad variable es la posibilidad de separacioacuten de la
velocidad rotacional del generador y asiacute del rotor de la frecuencia de la red El rotor puede
operar con velocidad variable ajustado a la velocidad del viento actual de la situacioacuten
Las principales ventajas son
1 Reduccioacuten de la potencia
2 Reduccioacuten de las fluctuaciones de carga mecaacutenicas cambiando la energiacutea eoacutelica en
energiacutea rotacional del rotor de la turbina
3 Mejor ajuste de la velocidad del rotor para operar con un coeficiente de potencia
maacuteximo
3171 Conexioacuten a la red de las turbinas
La conexioacuten de las turbinas a los sistemas suplementarios es posible a
1 Sistemas de bajo voltaje para turbinas pequentildeas a medianas hasta 300kW
2 Sistemas de voltaje medio para turbinas medianas a grandes y pequentildeas a medianas
granjas eoacutelicas hasta 10 a 15MW
3 Sistemas de voltaje alto grandes granjas eoacutelicas
Muchas de las turbinas son conectadas al sistema de voltaje medio debido a las altas
peacuterdidas en los voltajes de liacutenea bajos
Cada una de la turbinas en las granjas eoacutelicas tienen un propio transformador del nivel de
voltaje medio Para granjas eoacutelicas grandes se requiere una subestacioacuten separada por la
transformacioacuten del sistema de voltaje medio al sistema de voltaje alto requerido
72
32 EXTRACCIOacuteN DE POTENCIA16
Los aerogeneradores usan la energiacutea eoacutelica del flujo de viento Sus rotores reducen la
velocidad del viento V1 a una velocidad V2 detraacutes del rotor (ver figura 20)
Figura 20 Caracterizacioacuten del viento para la extraccioacuten de potencia en un aerogenerador
Para evaluar la energiacutea contenida por el viento se deben hacer las siguientes
consideraciones
El viento en el momento de pasar a traveacutes del rotor del aerogenerador lleva una energiacutea
que es igual a
]Julios[vm50E2
VVv ==== (1)
Donde
Ev Energiacutea cineacutetica [J]
vV Velocidad del viento [ms]
mV Masa del viento [kg]
16 RESTREPO V Aacutelvaro H Aerogeneracioacuten experimental de baja potencia Bogotaacute DC 1998 Trabajo demagiacutester (Ingeniero Mecaacutenico) Universidad de los Andes Facultad de Ingenieriacutea Mecaacutenica
73
Como el viento que pasa a traveacutes del rotor no se acumula la cantidad de masa de viento
por unidad de tiempo que esta antes del rotor es la misma despueacutes de haber pasado por el
Es decir
]skg[vAm vrvv ρρρρ==== (2)
Donde
mv Flujo maacutesico del viento [kgs]
ρρρρv Densidad del viento [kgm3] (aprox 12kgm3)
Ar Aacuterea barrida por el rotor [m2]
vv Velocidad del viento [ms]
La potencia que tiene el viento dividiendo por la unidad de tiempo la ecuacioacuten (1) es
]vatios[vm50P 2vvv ==== (3)
Si se reemplaza la ecuacioacuten (2) en la ecuacioacuten (3) se obtiene la potencia eoacutelica medida en
vatios la cual es directamente proporcional al cubo de su velocidad
]vatios[vA50P 3vrvv ρρρρ==== (4)
En donde
Pv Potencia del viento en vatios [W]
Sin embargo no toda la potencia del viento puede ser convertida a energiacutea mecaacutenica del
rotor si toda la potencia se aprovechara la velocidad del viento detraacutes del rotor seria igual
a cero Como esto no sucede existe un liacutemite para la extraccioacuten de dicha potencia
denominado el liacutemite de Betz
74
321 Potencia maacutexima uacutetil extraiacuteda al viento
El porcentaje maacuteximo teoacuterico que se puede obtener de la potencia del viento teniendo en
cuenta el liacutemite de Betz es entonces
]vatios)[vA50(5930P 3vrvUV ρρρρ==== (5)
Donde
PUV Potencia maacutexima uacutetil extraiacuteda del viento [W]
0593 Liacutemite de Betz (Coeficiente de desarrollo)
El coeficiente de desarrollo [Cp] en condiciones ideales es 1627 = 0593 el cual se va
explicar seguidamente de acuerdo con la ley de Betz
3211 La ley de Betz
La ley de Betz fue formulada por primera vez por el fiacutesico alemaacuten Albert Betz en 1919 y
dice que ldquosoacutelo puede convertirse menos de 1627 (el 59) de la energiacutea cineacutetica en
energiacutea mecaacutenica usando un aerogeneradorrdquo
3212 Demostracioacuten de la ley de Betz17
Se considera cosa bastante razonable que la velocidad promedio del viento a traveacutes del
aacuterea del rotor es el promedio de la velocidad del viento sin perturbar antes de la turbina
eoacutelica v1 y la velocidad del viento despueacutes de su paso por el plano del rotor v2 (veacutease
figura 20) esto es
(((( )))) 22v1v ++++ (6)
La masa de la corriente de aire a traveacutes del rotor durante un segundo es
2)2v1v(Am rv ++++==== ρρρρ (7)
75
Donde
m Masa por segundo
ρρρρv Densidad del aire
Ar Aacuterea barrida por el rotor
[(v1+v2)2] Velocidad del viento promedio a traveacutes del aacuterea del rotor
La potencia del viento extraiacuteda por el rotor es igual a la masa por la diferencia de los
cuadrados de la velocidad del viento (de acuerdo con la segunda ley de Newton)
)2v1v(m)21(P 22 minusminusminusminus==== (8)
Sustituyendo en esta expresioacuten la m de la ecuacioacuten (9) se obtiene la siguiente expresioacuten
para la potencia extraiacuteda del viento
r22 A)2v1v()2v1v()4(P ++++minusminusminusminus==== ρρρρ (9)
Ahora este resultado se compara con la potencia total de una corriente de viento no
perturbada a traveacutes de exactamente la misma aacuterea sin ninguacuten rotor que bloquee el viento
Llamando a esta potencia P0
r3 A1v)2(Po ρρρρ==== (10)
La relacioacuten entre la potencia que extraemos del viento y la potencia del viento sin perturbar
es
))1v2v(1()1v2v(1()21()PoP( 2 ++++minusminusminusminus==== (11)
17 Tomado http wwwwindpowerorgesstatbetzprohtm
76
Asiacute se puede dibujar PP0 en funcioacuten de v2v1
Figura 21 Potencia maacutexima extraiacuteda del viento
Se puede ver que la funcioacuten alcanza su maacuteximo para v2v1 = 13 (0333) y que el valor
maacuteximo de la potencia extraiacuteda del viento es de 059 veces oacute 1627 de la potencia total del
viento
CAPIacuteTULO 4
4 ANAacuteLISIS TEacuteCNICO
41 DETERMINACIOacuteN DEL SITIO
Para desarrollar la presente aplicacioacuten teacutecnica de la energiacutea eoacutelica fue seleccionado como
sitio la vereda Tibista zona rural de Saboyaacute municipio del departamento de Boyacaacute El
sitio fue seleccionado gracias a las caracteriacutesticas topograacuteficas de esta zona debido a que la
vegetacioacuten es fundamentalmente hierba con pocos aacuterboles pequentildeos (ya que este es un
factor muy importante que se tuvo en cuenta) Este lugar esta a una altura de 2800 msnm
411 Saboyaacute (Boyacaacute)
Su cabecera estaacute localizada a los 5deg42rsquo03rdquo de latitud norte y 73deg46rsquo08rdquo de longitud oeste
con una temperatura media de 14degC a 2600msnm localizado a una distancia de 85km de
Tunja El aacuterea municipal es de 251km2 y limita por el norte con el departamento de
Santander por el este con los municipios de Santa Sofiacutea y Sutamarchan por el sur con
Chiquinquiraacute y por el oeste con Bricentildeo y Chiquinquiraacute Su territorio es montantildeoso y
corresponde a la cordillera oriental su principal afluente es el riacuteo Suaacuterez
Seguacuten censo de 1993 la poblacioacuten de la cabecera municipal era de 671 habitantes y el
sector rural teniacutea 12177 habitantes las actividades econoacutemicas de mayor importancia son
la agricultura (maiacutez papa plaacutetano y cafeacute) la ganaderiacutea y el comercio
78
Figura 22 Ubicacioacuten del municipio de Saboyaacute (Boyacaacute)
412 Vereda Tibista
Esta vereda se encuentra localizada a 2800 msnm a una distancia de 5km de la cabecera
municipal de Saboyaacute seguacuten censo realizado por la subdireccioacuten de geografiacutea del Instituto
Geograacutefico Agustiacuten Codazzi en su esquema de ordenamiento territorial municipal 2001 ndash
2009 para Saboyaacute la poblacioacuten para esta vereda era de 1600 habitantes su vegetacioacuten
predominante es el curubo el maiacutez y pasto para ganaderiacutea Para la ubicacioacuten geograacutefica de
esta vereda ver anexo 1
42 METODOLOGIacuteA GENERAL PARA LA REALIZACIOacuteN DEL PROYECTO
La metodologiacutea que se describe a continuacioacuten seraacute la utilizada para realizar una apropiada
evaluacioacuten del recurso eoacutelico en la vereda Tibista y posterior anaacutelisis de ingenieriacutea para el
montaje del sistema conversor de energiacutea eoacutelica
1 Estudio del potencial eoacutelico para la zona haciendo un anaacutelisis del reacutegimen de vientos
2 Modelamiento matemaacutetico para calcular la entrega de energiacutea eoacutelica
79
3 Estimacioacuten del consumo de energiacutea eleacutectrica para una vivienda rural incluyendo la
bomba centriacutefuga para el suministro de agua y equipos utilizados en el aacuterea agriacutecola
4 Anaacutelisis para el desempentildeo del aerogenerador
5 Caacutelculo del banco de bateriacuteas
6 Caacutelculo del inversor
7 Caacutelculo del regulador
8 Montaje final del sistema conversor de energiacutea eoacutelica
421 Estudio del potencial eoacutelico
Se contoacute con datos confiables de medicioacuten de velocidad de viento tomados a 10m de altura
con respecto a la superficie suministrados por la CAR (Corporacioacuten Autoacutenoma Regional
de Cundinamarca) gracias a una estacioacuten metereoloacutegica que esta entidad teniacutea ubicada en
la vereda Tibista zona rural de Saboyaacute llamada ldquoALTO SABOYAacuterdquo Con la informacioacuten
recopilada se obtiene un promedio del reacutegimen de vientos anual mensual diario y horario
ademaacutes un estudio de frecuencia por horas Todo esto para hallar la funcioacuten de densidad de
probabilidad de Weibull que caracteriza el comportamiento del viento a nivel general para
hallar el factor de forma K que se explicaraacute en el numeral 422
4211 Estacioacuten ldquoAlto Saboyaacuterdquo
En la tabla 11 se muestran los datos de la estacioacuten metereoloacutegica utilizada por la CAR
para el estudio de reacutegimen de vientos y en el anexo 2 se puede observar la ubicacioacuten
geograacutefica de dicha estacioacuten
Tabla 11 Datos geograacuteficos de la estacioacuten metereoloacutegica
ESTACIOacuteN 2401520 ALTO SABOYAacute
Entidad CAR Zona norte
Latitud 0543N Departamento Boyacaacute
Longitud 7349W Municipio Saboyaacute
Elevacioacuten 2800 msnm Cuenca Riacuteo Suaacuterez
80
4212 Anaacutelisis del reacutegimen de vientos
La informacioacuten del reacutegimen de vientos se puede ilustrar en la tabla 12 la cual nos indica el
promedio diario y mensual durante 1997 En el anexo 3 se pueden observar los regiacutemenes
de vientos de la estacioacuten ldquoALTO SABOYAacuterdquo de antildeos anteriores a 1997 con el fin de
justificar que el potencial eoacutelico para la zona no ha cambiado intensamente en el tiempo
Tabla 12 Direccioacuten predominante y velocidad media diaria del viento en ms para la
estacioacuten ldquoALTO SABOYAacuterdquo
DIA ENERO FEBRERO MARZO ABRIL MAYO JUNIO JULIO AGOSTO SEPTIEM OCTUBRE NOVIEM DICIEM
1 SW 26 E 98 SW 26 NE 71 NE 75 NE 81 E 29 E 85 NW 212 E 52 NE 59 SW 27 NE 72 E 67 NE 60 E 55 E 64 NE 303 NE 83 E 58 NE 63 E 45 N 45 NE 50 E 92 E 65 NE 314 NW 27 E 66 E 62 N 59 E 33 N 49 N 21 E 78 E 58 NE 795 NW 25 W 36 NE 57 E 65 NE 28 N 41 E 56 E 84 E 58 NE 1006 E 39 NW 25 NE 28 E 65 NE 55 NE 63 N 85 NE 81 E 57 NE 957 NE 51 W 29 E 40 E 60 NW 22 NE 73 NE 147 NE 97 NE 32 NE 878 E 50 NE 30 E 38 E 94 W 26 N 54 E 118 E 115 NE 52 N 629 NE 25 NE 39 NE 26 E 35 E 86 E 39 NE 63 NE 99 E 50 NW 2510 NE 21 NE 34 E 47 E 46 E 70 E 84 NE 58 E 65 E 59 E 5411 SW 22 NE 76 E 47 E 35 NE 50 NE 63 N 27 E 55 NE 3112 W 31 E 91 E 69 E 52 NE 54 E 91 E 58 SE 31 NE 3613 NW 31 E 103 E 87 E 62 NE 83 N 60 NE 75 NE 74 SW 2514 NW 23 E 114 E 57 E 62 NE 65 N 67 N 50 NE 74 SW 32 SW 4515 SW 35 E 90 E 42 E 50 NE 42 N 50 N 48 NE 124 SW 24 W 2316 W 26 NE 42 NE 43 E 88 E 92 NE 39 NE 66 N 54 NE 117 SW 28 NE 2917 NW 24 NE 72 NE 32 E 83 E 76 NE 74 NE 79 N 66 NE 88 W 35 NE 3218 W 30 E 72 E 61 E 100 NE 44 NE 107 NE 65 E 68 NW 32 NE 4019 SW 26 NW 24 NE 75 NE 57 NE 88 N 65 NE 39 NE 18 E 3720 SW 23 E 57 W 56 N 57 NE 60 NE 81 NE 83 NE 46 NE 34 E 4121 E 32 W 54 N 47 NE 26 NE 67 N 61 NE 29 NE 32 NE 5422 SW 26 W 51 E 76 NE 40 N 59 N 61 E 43 N 43 E 8423 W 31 E 58 W 47 NE 88 NE 107 NE 64 E 35 E 37 E 8324 E 30 E 70 SW 31 W 20 NE 44 NE 157 E 59 E 61 NE 82 NE 3125 E 29 E 67 SW 32 NW 23 NE 37 NE 151 E 100 E 73 N 55 W 2726 W 29 E 69 SW 41 NE 28 NE 44 NE 146 E 121 NE 82 N 28 SW 3627 W 30 E 91 W 52 E 27 E 32 NE 122 NE 133 NE 94 N 42 W 3728 SW 34 E 98 W 45 W 34 NE 95 NE 99 N 28 NE 3129 W 34 S 37 E 51 NE 88 E 74 E 110 NE 29 E 6130 W 38 S 33 NE 89 NE 54 N 26 NE 50 NE 45 E 4731 SW 26 S 37 NE 49 E 50 E 74
MEDIA SW 29 E 55 E 54 E 48 E 67 NE 50 NE 80 NE 75 NE 68 NE 50 E 48 NE 54
MEDIA NE 57
81
Con los datos descritos en la tabla 12 se procede a determinar las variaciones de la
velocidad de viento en diferentes lapsos de tiempo durante el antildeo Estos resultados se
lograron gracias a la aplicacioacuten del programa HOMERPRO (The Hybrid Optimization
Model for Electric Renewables) del NREL (National Energy Research Laboratory)18 Asiacute
NREL es un instituto del Departamento de Energiacutea de los Estados Unidos ubicado en
Colorado (California) El instituto es un centro principal para la investigacioacuten en las ceacutelulas
de combustible en la energiacutea solar en la energiacutea eoacutelica en la de las plantas Ademaacutes de los
edificios inteligentes disentildeo de vehiacuteculos avanzados en la energiacutea geoteacutermica y del
hidroacutegeno
Figura 23 Velocidad anual del viento en la vereda Tibista (ms)
18 Tomado httpwwwnrelgovhomerpro
82
Figura 24 Velocidad mensual del viento en la vereda Tibista (ms)
Figura 25 Velocidad diaria del viento en la vereda Tibista (ms)
83
Figura 26 Velocidad horaria del viento en la vereda Tibista (ms)
Analizando los datos recopilados se pudo obtener una informacioacuten de una velocidad media
anual de 57ms velocidad adecuada para llevar a cabo el proyecto de aprovechamiento
energeacutetico como se indica en la tabla 13 el montaje de un aerogenerador es viable para
este rango de velocidad
84
Tabla 13 Relaciones generales entre viabilidad y velocidad de viento para su uso como
fuente de energiacutea19
Promedio anual de velocidad de
viento a 10m de altura
Posibilidad de uso de la energiacutea eoacutelica
Menor a 3ms Usualmente no es viable a menos que existan
circunstancias especiales como las variaciones
estacioacutenales
3 ndash 4ms Puede ser una buena opcioacuten para equipos eoacutelicos de
bombeo de agua (aerobombeo) poco viable para
generacioacuten eleacutectrica con equipos eoacutelicos
(aerogeneracioacuten)
4 ndash 5ms Aerobombas son competitivas econoacutemicamente a
los equipos diesel aerogeneracioacuten con equipos
autoacutenomos es viable
Maacutes de 5ms Viable para aerobombeo y aerogeneracioacuten con
sistemas autoacutenomos
Maacutes de 6ms Viable para aerobombeo aerogeneracioacuten con
sistemas autoacutenomos y para sistemas conectados a la
red eleacutectrica
422 Modelamiento matemaacutetico para calcular la entrega de energiacutea eoacutelica20
Este anaacutelisis matemaacutetico combina el comportamiento de sistemas de conversioacuten de energiacutea
eoacutelica con las condiciones de viento como frecuencia de distribucioacuten del mismo Este
anaacutelisis permite hacer una estimacioacuten vaacutelida y bastante cercana de la produccioacuten neta de un
sistema eoacutelico cuando dicho sistema es localizado en un reacutegimen de vientos especiacutefico
Para este caso la vereda Tibista zona rural del municipio de Saboyaacute (Boyacaacute)
19 PINILLA S Aacutelvaro Manual de aplicacioacuten de la energiacutea eoacutelica Bogotaacute DC INEA 1997 p29
20 Ibid p71
85
Los registros continuos de la velocidad del viento se traducen en una curva de frecuencia de
velocidades que en realidad corresponden a un histograma de velocidades Esta curva se
hace para el antildeo completo permitiendo conocer asiacute los rangos de velocidad y el porcentaje
del tiempo total a que corresponde cada una Al agrupar los datos mensualmente se
determinar las variaciones estacioacutenales y finalmente el comportamiento del viento a largo
del antildeo La curva de frecuencia de velocidades permite conocer la cantidad de horas en la
que una velocidad dada aparece en un sitio y se le puede dar la forma de frecuencia de
energiacutea por unidad de aacuterea obteniendo la velocidad de viento de maacutexima energiacutea
De los anaacutelisis estadiacutesticos de la distribucioacuten de velocidades del viento se ha observado un
patroacuten tiacutepico al que es posible aplicarle una funcioacuten matemaacutetica La funcioacuten de distribucioacuten
de WEIBULL modela con relativa exactitud el comportamiento del viento la ecuacioacuten de
Weibull estaacute definida por
)xG(1K KexGk)x(f minusminus= (1)
Donde k es el factor de forma de Weibull que en este caso tiene un valor de 201 ( hallado
gracias al programa HOMERPRO descrito anteriormente) y χ es la variacioacuten de la
velocidad desde 0 a 30ms y G se puede calcular como
k0434O568G += (2)
01243405680G +=
78390G ====
86
Reemplazando los datos anteriormente obtenidos en la ecuacioacuten (1) se obtiene la funcioacuten de
probabilidad Posteriormente tomando valores de 0 a 30ms se encuentra la curva de
frecuencia de velocidades para la vereda Tibista (ver figura 27)
)x78390(1012 012ex78390012)x(f minusminusminusminusminusminusminusminus====
Figura 27 Probabilidad de Weibull para la vereda Tibista
423 Estimacioacuten del consumo tiacutepico para vivienda rural
En la tabla 14 se presenta la estimacioacuten del consumo de energiacutea eleacutectrica de algunos
electrodomeacutesticos que son utilizados comuacutenmente en una vivienda de este tipo incluyendo
algunos equipos agriacutecolas Se toma un estimativo de seis habitantes para dicha vivienda
87
Tabla 14 Consumo tiacutepico de energiacutea eleacutectrica en la zona de estudio
EQUIPO Cantidad Potencia (W)
Potencia Pico(W)
HorasUso
kWhDiacutea
kWhMes
Bombilla ahorradora 8 20 160 800 128 384
Equipo de sonido 1 80 80 500 04 120
Televisor 1 150 150 500 075 225
Licuadora 1 350 350 025 00875 26
Plancha 1 1000 1000 075 075 225
Nevera 1 250 250 1200 30 900
Cerca eleacutectrica 50km 10 10 24 024 72
Bomba centrifuga 1 560 560 075 042 504
TOTAL 2560 693 20024
Total kWhdiacutea = 693
Total kWhmes = 20024
Total kWhantildeo = 240288
4231 Caacutelculo de la bomba eleacutectrica
Ademaacutes de la demanda de energiacutea eleacutectrica a utilizar se hace un caacutelculo del consumo de
agua para las necesidades baacutesicas de los habitantes antes mencionados
bull Consumo por persona 55Litros por diacutea (lpd)
bull Consumo total 55lpd 6 = 330 lpd
bull Tanque de reserva 1 de1000litros
Para la escogencia de la bomba a utilizar se tiene en cuenta la altura de descarga que son
35m (veacutease figura 28) se observa que la bomba numero1 nos entrega alrededor de 225
litros por minuto (lpm) y la bomba nuacutemero 2 nos entrega 40 lpm para llenar el tanque las
bombas durariacutean en funcionamiento 45 y 25 minutos respectivamente Los 1000 litros
alcanzariacutean para 2 diacuteas y medio de consumo logrando con ello que solo se pusiera en
funcionamiento la bomba uacutenicamente durante 12 diacuteas del mes
88
Se escogioacute la bomba de frac34 hp ya que vamos a tener un consumo en el mes menor que con
la bomba de 1hp a pesar de que el tiempo de llenado es menor con esta uacuteltima Esta bomba
va a trabajar con un motor de corriente continua y se conecta directamente al banco de
bateriacuteas Este tipo de bomba centriacutefuga tiene caracteriacutesticas tales como el suministro de
agua a grandes alturas extraccioacuten de agua de pozos llanos y profundos y uso domeacutestico
Figura 28 Curva de rendimiento de bombas centrifugas
Tabla 15 Bomba Centriacutefuga
Marca Barnes Potencia (HP) frac34 Diaacutemetro de succioacuten (rdquo) 114
Ref Liacutenea jet 77 Temperatura maacutexima
de operacioacuten (degC)
70 Diaacutemetro de descarga (rdquo) 1
89
424 Anaacutelisis para el desempentildeo del aerogenerador
Teniendo el reacutegimen de vientos para la zona de estudio aplicando la curva de frecuencia de
velocidades (ver figura 27) y el consumo tiacutepico de la vivienda rural (ver tabla 14) se
procede a buscar el aerogenerador que trabaje oacuteptimamente con las caracteriacutesticas del
reacutegimen de vientos y que cumpla con la demanda de energiacutea eleacutectrica Ademaacutes se utilizara
la curva tiacutepica de potencia de cada aerogenerador que es suministrada por los fabricantes
Se hallaraacuten los kWhmes suministrados por aerogeneradores tiacutepicos de 1kW 15kW y
3kW para las condiciones anteriormente expuestas con el fin de hacer un comparativo
para seleccionar el aerogenerador que maacutes se adapte a las condiciones tanto teacutecnicas como
econoacutemicas de este proyecto
4241 Aerogenerador de 1kW
0
200
400
600
800
1000
1200
2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20
Velocidad del viento (ms)
Figura 29 Curva tiacutepica de potencia de un aerogenerador de 1kW
90
Tabla 16 Desempentildeo del aerogenerador de 1kW para la vereda Tibista
Velocidad del viento (ms)1
Potencia(W)2
Probabibilidadde viento ()3
Producto de potencia porprobabilidad de viento (W)4
1 0 476 0002 0 885 0003 0 1175 0004 35 1320 4625 76 1325 10076 138 1216 16787 276 1034 28538 401 819 32849 750 609 4567
10 900 426 383411 980 281 275412 1000 175 175013 1000 103 103014 1000 057 57015 674 030 20216 900 015 13517 850 007 06118 800 003 02419 750 001 01020 700 001 007
TOTAL 9958 24228
1 Rango de velocidades de viento de 0 a 20ms 2 Potencia eleacutectrica tiacutepica del aerogenerador para cada velocidad 3 Reacutegimen de vientos especifico para la vereda Tibista (veacutease figura 27) 4 Potencia eleacutectrica que suministra el aerogenerador para la vereda Tibista
Promedio de potencia de salida = 24228W
Energiacutea de salida mensualmente = 255kWhmes
Energiacutea de salida anualmente = 3066kWhantildeo
Energiacutea de salida diariamente = 84kWhdiacutea
91
4242 Aerogenerador de 15kW
0
500
1000
1500
2000
2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20
Velocidad del viento (ms)
Figura 30 Curva de potencia tiacutepica de un aerogenerador de 15kW
Tabla 17 Desempentildeo del aerogenerador de 15kW para la vereda Tibista
Velocidad delviento (ms)
Potencia(W)
Probabibilidadde viento ()
Producto de potencia porprobabilidad de viento (W)
1 0 476 0002 0 885 0003 180 1175 21154 300 1320 39605 410 1325 54326 600 1216 72967 800 1034 82728 1000 819 81909 1100 609 6699
10 1250 426 532511 1400 281 393412 1550 175 271213 1650 103 170014 1780 057 101515 1600 030 48016 1500 015 22517 1520 007 10618 1550 003 04619 1600 001 01620 1620 001 016
TOTAL 9958 57539
92
Promedio de potencia de salida = 57539W
Energiacutea de salida mensualmente = 38325kWhmes
Energiacutea de salida anualmente = 4599kWhantildeo
Energiacutea de salida diariamente = 1277kWhdiacutea
4243 Aerogenerador de 3kW
0500
1000150020002500300035004000
2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20
Velocidad del viento (ms)
Figura 31 Curva de potencia tiacutepica de un aerogenerador de 3kW
93
Tabla 18 Desempentildeo del aerogenerador de 3kW para la vereda Tibista
Velocidad del viento (ms)
Potencia(W)
Probabibilidadde viento ()
Producto de potencia porprobabilidad de viento (W)
1 0 476 0002 0 885 0003 250 1175 29384 510 1320 67325 760 1325 100706 1050 1216 127687 1490 1034 154078 1899 819 155539 2179 609 1327010 2499 426 1064611 2749 281 772512 3099 175 542313 3279 103 337714 3499 057 199415 3249 030 97516 2999 015 45017 3049 007 21318 3059 003 09219 3199 001 03220 3339 001 033
TOTAL 9958 107698
Promedio de potencia de salida = 107698W
Energiacutea de salida mensualmente = 7665kWhmes
Energiacutea de salida anualmente = 9198kWhantildeo
Energiacutea de salida diariamente = 2555kWhdiacutea
Con los desempentildeos mostrados por cada aerogenerador se puede deducir que
1 El aerogenerador de 1kW no suple las necesidades de energiacutea demandada
2 El aerogenerador de 15kW cumple con los requerimientos de demanda de energiacutea
sin estar sobredimensionado
3 El aerogenerador de 3kW tambieacuten cumple con la demanda de energiacutea pero de una
manera sobredimensionada y se descarta de antemano por razones de tipo
econoacutemico
94
En conclusioacuten se tiene que el aerogenerador escogido para este proyecto es el de 15kW
en el mercado internacional se pueden encontrar aerogeneradores de esta potencia nominal
de diferentes fabricantes como se muestra en la tabla 19
Tabla 19 Aerogeneradores de 15kW
ModeloDatos
Teacutecnicos
BergeyBwc Excel
1500
JBornayInclin Neo
1500
WhisperH 1500
PotenciaNominal
(W)1500 1500 1500
Velocidad del vientopara arranque
(ms)36 35 34
Velocidad parapotencia nominal
(ms)125 12 125
Nuacutemero de aspas 3 2 3
Diaacutemetro(m)
3 286 27
Material Fibra devirdiocarbono
Fibra devirdiocarbono
Fibra devirdiocarbono
GeneradorAlternador
trifaacutesico de imanespermanentes
Alternador trifaacutesico de imanes
permanentes
Alternador trifaacutesico de imanes
permanentesVoltaje
(V)122448120220 2448120220 122448120220
Voltaje banco debateriacuteas
(V)
24 24 24
Peso(kg)
38 42 35
95
425 Caacutelculo del banco de bateriacuteas
El tamantildeo del banco de bateriacuteas lo va a determinar la cantidad de amperios hora diacutea
requeridos Estos amperios hora diacutea se deducen de la tabla 14 (consumo tiacutepico de energiacutea
eleacutectrica en la zona de estudio) donde se observa que se tiene una demanda de 6930 Vatios
hora diacutea Para un aerogenerador de 15kW los fabricantes recomiendan trabajar con un
sistema a 24V entonces se tiene
iacutea28875Ahd24Vshoradiacutea6930Vatio ====dividedividedividedivide
Para tener una suplencia eficiente con el banco de bateriacuteas se asume un periodo de 5 diacuteas
en el que la velocidad del viento esteacute por debajo del miacutenimo requerido que son 35ms
para que el aerogenerador comience a entregar energiacutea
144375Ah5diacuteasiacutea28875Ahd ====
Para evitar completamente la descarga de las bateriacuteas en este lapso de tiempo se tiene que
multiplicar por el siguiente factor (este valor se toma del manual de instalacioacuten operacioacuten y
mantenimiento de Southwest Windpower Inc que es un fabricante de aerogeneradores de
15kW)
1 Paneles solares uacutenicamente (50 de descarga) 15
2 Sistemas hiacutebridos eoacutelico-solar (60 de descarga) 14
3 Sistemas eoacutelicos uacutenicamente (80 de descarga) 12
17325Ah12144375Ah ====
En general las bateriacuteas utilizadas en este tipo de instalaciones son de plomo-aacutecido de tipo
estacionario de ciclo profundo y libre mantenimiento que suministran 220Ah y 6V Para
calcular el numero de bateriacuteas del banco se tiene
8Bateriacuteasas788Bateriacute220Ah17325Ah asympasympasympasymp====dividedividedividedivide
96
Figura 32 Banco de bateriacuteas serie-paralelo
En la figura 32 se muestra el banco de bateriacuteas a utilizar el cual tiene las siguientes
caracteriacutesticas
bull Cada bateriacutea de 6V ndash 220Ah
bull Cada hilera (vertical) de conexioacuten en serie 24V ndash 220Ah
bull Total de las 2 hileras en paralelo 24V ndash 440Ah
Tabla 20 Bateriacuteas de 220Ah
Marca y modelo
Datos teacutecnicos
Trojan
B220-4
Sonnenschein
S212220Ah
YuasaExide
8DS
Voltaje (V) 6 6 6
Amperios hora
(Ah)
220 220 220
Mantenimiento Libre Libre Libre
De acuerdo a distribuidores internacionales de bateriacuteas las baterias que trabajan maacutes
eficientemente con sistemas conversores de este tipo son las Trojan B220-4 ya que
brindan una garantiacutea de cinco antildeos sin mantenimiento alguno
97
426 Caacutelculo del inversor
La funcioacuten del inversor es transformar una tensioacuten continua VCC en una tensioacuten alterna
VCA elevaacutendola de 24 a 120V La potencia nominal del inversor depende de la potencia
pico en corriente alterna demandada por el consumo tiacutepico para la zona de estudio esta
potencia pico es 2560W
Los inversores que maacutes se adaptan y que se pueden conseguir en el mercado tienen las
siguientes caracteriacutesticas
Foto 21 Inversor de 24VCD a 120VCA
Tabla 21 Inversores de 24VCD a 120VCA
Marca y modelo
Datos teacutecnicos
Ceim
SM-2500
Trace Engineering
DR3624
Voltaje 24VDC ndash 120VAC a 60Hz 24VDC ndash 120VAC a 60Hz
Potencia nominal (W) 2500 3000
Se escoge el inversor de Trace Engineering DR3624 ya que por cuestiones de disentildeo se
plantea dejar un sistema flexible que pueda estar sometido a futuras ampliaciones y ademaacutes
a conexiones de equipos externos (equipos de ordentildeo para ganado sistemas automaacuteticos de
riego bebedores automaacuteticos para ganado invernaderos motosierras etc)
98
427 Caacutelculo del regulador
El objetivo principal del regulador es estabilizar la carga desde el aerogenerador para parar
la carga cuando las bateriacuteas no lo necesiten maacutes (evitando sobrecargas) y eviten asiacute la
descarga hacia el aerogenerador cuando no hay viento Tambieacuten protege la instalacioacuten de
cortocircuitos estabiliza la tensioacuten protege contra la inversioacuten de polaridad del banco de
bateriacuteas y adapta la carga al estado de las bateriacuteas Para calcular la corriente del regulador
se tiene
VPI ====
V24kW51I =
A562I ====
El regulador que maacutes se adapta y que se puede conseguir en el mercado tiene las siguientes
caracteriacutesticas
Tabla 22 Regulador de 100A
Marca y modelo
Datos teacutecnicos
Trace Engineering
RG-100A
Voltaje (VDC) 12-24-48
Corriente nominal (A) 100
99
428 Montaje final del sistema conversor de energiacutea eoacutelica
Figura 33 Montaje del sistema conversor de energiacutea eoacutelica
(1)
(2) (3)
(5)(4)
(7)
(8)
(11)
(15)
(12)
(14)
(18)
(16) (17)
(10)
(13)
(9)
(6)
100
Este montaje incluye un tablero general de control que suministra el fabricante de cualquier
aerogenerador en donde viene incluido un rectificador trifaacutesico de corriente regulador de
tensioacuten de 24V sistema de monitoreo de carga y descarga de bateriacuteas y un interruptor de
estado soacutelido que actuacutea automaacuteticamente con el sistema de monitoreo con el fin de enviar la
carga sobrante de las bateriacuteas al disipador de carga (que tambieacuten lo suministran los
fabricantes) cuando las bateriacuteas esteacuten cargadas ademaacutes de un interruptor de frenado que
desconecta todo el sistema para que el aerogenerador se detenga A continuacioacuten se
muestran los equipos con sus especificaciones teacutecnicas utilizados para el proyecto
(1) Aerogenerador de 15kW (veacutease tabla 19)
Generador Alternador trifaacutesico
De imanes permanentes
Voltaje generador (VAC) 220
Torre Galvanizada de 3rdquo Voltaje banco de bateriacuteas (VDC) 24
(2) Sistema de monitoreo y regulador automaacutetico de carga del banco de bateriacuteas
(3) Tablero general de control
(4) Interruptor de estado soacutelido para carga automaacutetica de bateriacuteas
(5) Regulador secundario de tensioacuten de 24V
(6) Interruptor de frenado del aerogenerador
(7) Rectificador trifaacutesico de entrada corriente alterna y salida corriente continua
(8) Cortacircuitos tripolar termomagneacutetico
V3PI ====
V2203kW51I =
A943I ====
Marca Legrand In (A) 10 Voltaje (VAC) 120220
Ref DSA-3010 Capacidad interruptiva (kA) 10 (220V) Nuacutemero de polos 3
101
(9) Disipador de carga
(10) Transformador trifaacutesico
Potencia (kVA) 15
Voltaje del primario (VAC) 220 (Delta)
Voltaje del secundario (VAC) 24 (Triaacutengulo)
(11) Regulador principal de 24V (ver numeral 427)
(12) Arrancador para el motor de la bomba centrifuga
VPI ====
V24W560I =
A3323I ====
Marca Telemecanique Tensioacuten de trabajo (V) 24 Potencia (HP) frac34
Ref GV2-P22D1BW3 Reglaje de la proteccioacuten
teacutermica (A)
20 a 25 Proteccioacuten IP65
(13) Cortacircuitos monopolar de CC
VPI ====
V24kW51I =
A562I ====
Marca Merlin Gerin In (A) 65 Voltaje (VDC) 24
Ref C60H-24409 Capacidad interruptiva (kA) 10 (24V) Nuacutemero de polos 1
(14) Bomba para el suministro de agua (ver numeral 4231)
(15) Banco de bateriacuteas (ver numeral 425)
(16) Inversor de 24VDC a 120VAC (ver numeral 426)
(17) Tablero monofaacutesico de cortacircuitos termomagneacuteticos para circuitos de CA
Marca Luminex Tensioacuten de trabajo (V) 120127 Capacidad nominalbarraje principal (A)
125
Ref TML-8 Tensioacuten de aislamiento (V) 600 Nuacutemero de circuitos 8
102
(18) Cortacircuitos monopolar de CC
VPI ====
V24kW2I =
A3383I ====
Marca Merlin Gerin In (A) 100 Voltaje (VDC) 24
Ref NC100H-27254 Capacidad interruptiva (kA) 15 (24V) Nuacutemero de polos 1
43 MANUAL DE INSTALACIOacuteN OPERACIOacuteN Y MANTENIMIENTO DELAEROGENERADOR
431 Instalacioacuten
Realizar y corroborar los siguientes pasos en orden
4311 Voltaje del sistema
Todos los componentes del sistema el aerogenerador la central del sistema el disipador de
energiacutea el transformador y el inversor deben estar al mismo voltaje del banco de bateriacuteas
que para el caso de un aerogenerador de 1500W de potencia nominal los fabricantes
recomiendan 24V
4312 Instalacioacuten de la torre (localizacioacuten tipo y altura)
La altura miacutenima de la torre debe ser de 7m por encima de los aacuterboles u obstaacuteculos en un
radio de 100m La carga de empuje lateral en el extremo de la torre debe corresponder al
modelo del aerogenerador El punto maacutes alto del terreno o lugar de instalacioacuten es
generalmente el mejor Una torre autoportante ocupa menos aacuterea de terreno que una torre
soportada con cables (riendas obenques tirantes) pero es maacutes costosa Un disentildeo de torre
pivotada permite una instalacioacuten sencilla y un mantenimiento faacutecil en tierra eliminando la
necesidad de escalar
103
4313 Adquirir el tamantildeo del banco de bateriacuteas adecuado
Los sistemas de faacutebrica contienen el banco de bateriacuteas sugerido En la tabla siguiente se
puede observar el tamantildeo miacutenimo del banco de bateriacuteas para diferentes aerogeneradores de
potencia nominal
4314 Seleccioacuten del lugar para instalar el banco de bateriacuteas
Ubicar el banco de bateriacuteas en una edificacioacuten fresca seca y deshabitada Poner a funcionar
la energiacutea AC desde el inversor hasta la casa o sitio de consumo Si las bateriacuteas estaacuten en un
edifico habitado este debe ser cerrado y tener suficiente ventilacioacuten Determinar la
configuracioacuten en serieparalelo para construir un estante o montar las bateriacuteas sobre un
mueble resistente en madera tratada Dejar 5cm alrededor para ventilacioacuten y 60cm de
104
separacioacuten vertical para el acceso a los terminales y revisioacuten del agua Proteger todas las
conexiones con grasa o protector de corrosioacuten Instalar el tablero de control general (EZ-
WIRE) y el fusible del inversor (si se usa) al polo positivo de las bateriacuteas
Usar el diagrama siguiente para determinar la configuracioacuten serieparalelo del banco de
bateriacuteas para trabajar a un voltaje de 24V
4315 Instalar el tablero de control (EZ-WIRE) y el transformador
Instalar el tablero de control del sistema (EZ-WIRE) y el transformador sobre superficies
resistentes al calor Localizarlos a 3m maacuteximo uno del otro Conectar el transformador a
los terminales WIND del tablero de control con un conductor adecuado (6AWG-THW)
Conectar el tablero de control DC+ y el DC- a las bateriacuteas usando los conductores del
calibre correspondiente
105
4316 Instalar y conectar el disipador de carga
Instalar la caja de resistencias o disipador de carga sobre una superficie resistente al calor
El disipador de carga produce calor cuando las bateriacuteas estaacuten cargadas Ubicar el disipador
de carga al lado del tablero de control o donde se necesite calor
4317 Montar el interruptor de frenado
Al lado del tablero de control usando un conductor adecuado se conecta el interruptor de
frenado a los terminales ldquoWINDrdquo en el tablero de control
106
4318 Instalar el inversor y conectarlo al banco de bateriacuteas
Instalar un cortacircuitos para corriente continua entre el inversor y el positivo del banco de
bateriacuteas usando los conductores adecuados
4319 Instalar los conductores desde el extremo de la torre al transformador y
despueacutes al tablero de control
Usar 3 conductores adicionando una red a tierra desde la torre hasta el lugar de instalacioacuten
utilizando los conductores adecuados
43110 Pruebas eleacutectricas para el aerogenerador
Realizar estas pruebas antes de montar las aspas en el rotor Estas pruebas confirman que el
aerogenerador esteacute funcionando correctamente y listo para ser instalado en la torre
107
43111 Conectar los conductores y montar el aerogenerador en la torre
Instrucciones de montaje
1 Revisar el ajuste de los accesorios de insercioacuten dentro de la torre Se tolera un juego
maacuteximo de 15mm Debe ser posible desplazar el inserto con los pernos de montaje
ajustadamente dentro de la torre
2 Instalar el accesorio de insercioacuten en el eje vertical con el agujero no roscado
orientado hacia abajo (1) Usar un compuesto sellador para roscas en todas las
uniones roscadas
3 Instalar los tornillos M8x30 (2) y la arandela de seguridad (4) en este agujero
ademaacutes de la contratuerca (6) como tuerca de seguridad para los tornillos (7) y
ajustarlos en el accesorio de insercioacuten
4 Usar caperuzas plaacutesticas o pernos conectores para hacer las conexiones eleacutectricas
5 Cubrir muy bien los tornillos conectores con suficiente cinta aislante para prevenir
cortos con la torre
6 Soportar bien los conductores para evitar que se separen o rompan por su propio
peso
108
7 Deslizar el eje vertical del generador sin las aspas dentro de la torre e instalar
todos los componentes tal como se muestra en la siguiente figura Use compuesto
sellador para roscas en todas las uniones roscadas
43112 Prueba del cableado del aerogenerador al tablero de control
No se pueden instalar las aspas hasta haber pasado las pruebas Repita el paso 11 activando
el interruptor de frenado (brake switch ldquoONrdquo) para poner los cables en corto
109
110
43113 Instalar el timoacuten o cola
111
43114 Instalar las aspas y la nariz
Para realizar la instalacioacuten de estas partes el interruptor de frenado debe estar activado
(brake switch ldquoONrdquo)
Instrucciones de instalacioacuten
1 La parte del aspa con la cinta guiacutea (borde de ataque) debe estar hacia abajo cuando
el aspa esteacute a la derecha de la platina de montaje
2 Introducir los tornillos (1) a traveacutes de la platina de montaje y del aspa La cabeza del
tornillo debe estar del lado del rotor y de la platina de montaje
3 Instalar una arandela plana (2) con el lado redondeado hacia la fibra de vidrio y una
tuerca (3) con un torque de 14 lbs-pie No ajustar excesivamente pues puede
quebrar la fibra de vidrio
4 Instalar la nariz (9) la arandela de caucho contra el protector (5a) la arandela plana
(5) la arandela divisoria de presioacuten (6) y el tornillo (4)
43115 Izar la torre siguiendo las instrucciones del fabricante con el interruptor defrenado en posicioacuten ldquoONrdquo
112
44 OPERACIOacuteN NORMAL
441 Controles y caracteriacutesticas del tablero de control
4411 Seccioacuten de control
El interruptor WIND ONOFF se utiliza para frenar o detener el aerogenerador El
interruptor del circuito ofrece proteccioacuten para sobrecarga y puede ser usado para
desconectar las cargas DC
4412 Seccioacuten del sistema de monitoreo
Selector de tres posiciones Ubicado a la izquierda en el tablero
1 Posicioacuten Izquierda Indica amperios o voltios de acuerdo con el selector
2 Posicioacuten Central APAGADO (OFF) ademaacutes reduce la descarga de la bateriacutea El
regulador permanece encendido
3 Posicioacuten Derecha Indica los voltioscelda de la bateriacutea cuando el selector tambieacuten
estaacute en la posicioacuten ldquoVoltsCellrdquo Los voltios para cada celda de la bateriacutea tambieacuten se
113
indican como porcentaje de carga de la bateriacutea en la escala vertical o MEDIDOR
DE CARGA DE LA BATERIA (BATTERY FUEL GAUGE) Este es el indicador
maacutes confiable de carga de la bateriacutea y no se ve afectado por eventos de baja o alta
descarga o por el proceso de carga La bateriacutea debe estar conectada por lo menos
durante 6 horas para obtener una lectura precisa
Botoacuten selector ubicado a la derecha
1 VoltsCell Indica el estado de carga de bateriacuteas del tipo de plomo aacutecido
2 V-Bat Indica el voltaje actual de la bateriacutea con una precisioacuten de una deacutecima de
voltio
3 A-Bat Muestra amperios positivos si la bateriacutea se estaacute cargando Indica amperios
negativos si la bateriacutea se estaacute descargando Utilice estos controles para entender y
monitorear los efectos de las fuentes de consumo
4 A-Wind Indica la carga en amperios del aerogenerador Se usa para medir la
velocidad del viento y monitorear el desempentildeo del aerogenerador
114
442 Operacioacuten del regulador automaacutetico de carga
El regulador automaacutetico de carga del banco de bateriacuteas incorporado previene sobrecargas
de la bateriacutea y asegura una larga vida de las bateriacuteas con un consumo miacutenimo de agua
4421 Luz indicador de regulacioacuten
Si es intermitente indica que la bateriacutea ha alcanzado su estado de flotacioacuten y parte de la
energiacutea se esta desviando al disipador de carga o caja de resistencias El proceso de carga
del banco de bateriacuteas seraacute cada vez maacutes lento hasta que se cargue completamente cada
vez habraacute maacutes carga desviaacutendose al disipador de carga o caja de resistencias
4422 Posicioacuten de flotacioacuten
Seleccionar el voltaje maacuteximo de la bateriacutea que permitiraacute el regulador Usar las posiciones
maacutes altas cuando las bateriacuteas esteacuten en lugares friacuteos
Posiciones sugeridas
bull Uacutenicamente viento Fijar a 245-25 Voltioscelda (VoltsCell) No es necesario
igualar el voltaje de las celdas Revisar el nivel del agua cada seis meses
bull Igualacioacuten Utilizar 27-28 Voltioscelda (VoltsCell) despueacutes de llenar las celdas
de la bateriacutea cargar por 24 horas Monitorear la temperatura y el nivel del agua
mientras ecualiza
115
443 Iniciar el aerogenerador
Colocar el interruptor de frenado (WIND) en la posicioacuten ldquoONrdquo despueacutes de que la heacutelice
gire leer la corriente de carga del viento (A-Wind) en la pantalla o monitor
4431 Operacioacuten de la heacutelice del aerogenerador
En vientos menores a 3-4ms la heacutelice no giraraacute si estaacute completamente quieta En vientos
por encima de 3-4 ms las heacutelices comenzaraacuten a girar lentamente y despueacutes de 1 a 10
minutos alcanzaraacute unas rpm donde las aspas seraacuten praacutecticamente invisibles Una vez las
aspas esteacuten en movimiento continuaraacuten girando en vientos tan bajos como 2ms En
vientos normales la corriente de carga aumentaraacute raacutepidamente al incrementarse la velocidad
del viento (por la foacutermula que relaciona directamente la potencia con el cubo de la
velocidad del viento) y a la velocidad nominal del viento usted podraacute leer la corriente
nominal en la pantalla en la posicioacuten ldquoA-Windrdquo
En vientos muy altos la corriente de carga decreceraacute a medida que la maacutequina se pliega por
la accioacuten del rotor basculante para protegerse a siacute misma de dantildeos
444 Encienda el inversor
Seguir las instrucciones del fabricante del inversor
445 Consumo de electricidad propia
Ahora se tiene energiacutea eleacutectrica del viento Con el inversor se tiene energiacutea AC para
electrodomeacutesticos comunes Revisar diariamente el estado de carga de las bateriacuteas Si las
bateriacuteas siempre estaacuten cargadas la luz del regulador siempre estaacute encendida se puede
agregar maacutes iluminacioacuten y electrodomeacutesticos y usarlos durante un mayor nuacutemero de horas
al diacutea
Si baja el nivel de carga de las bateriacuteas se estaacute usando maacutes electricidad de la que el
aerogenerador esta produciendo Reducir las horas de uso y el nuacutemero de luces y
electrodomeacutesticos Utilizar bombillos y electrodomeacutesticos eficientes Reducir las cargas
cuando las bateriacuteas esteacuten cargadas menos del 40
116
45 MANTENIMIENTO
451 Mensual
4511 Revisar el interruptor de seguridad (para revisar el cableado eleacutectrico)
Detener el aerogenerador en un viento moderado (cargando pero no plegado) Cuando se
detenga la heacutelice no se debe observar ni detectar ninguna dificultad inusual o ruido
extrantildeo Cuando se presenta alguacuten ruido mientras se activa el interruptor de frenado esto
puede indicar un cable desconectado
117
4512 Revisar el estado mecaacutenico observar y escuchar desde la base de la torre
Usar binoculares No debe presentarse ninguacuten ruido mecaacutenico cascabeleo o vibracioacuten La
heacutelice y la cola no deben cabecear o tambalearse Si se requiere se debe escalar o bajar la
torre para su inspeccioacuten No debe presentarse ninguacuten zumbido ni al oiacutedo ni al tacto cuando
se coloque la mano sobre la torre
4513 Inspeccionar la torre
Seguir todos los requisitos de inspeccioacuten y mantenimiento que da el fabricante de la torre
Ajustar adecuadamente todas las tuercas y tornillos especialmente las conexiones de los
cables Revisar cualquier fisura pandeado o partes rotas en los anclajes y base de la
estructura Revisar que no haya hilos rotos o distensioacuten en los cables de soporte o tensioacuten
118
452 Anual
4521 Revisar el banco de bateriacuteas
Agregar agua destilada si estaacute en un nivel bajo Ajustar las conexiones de los bornes de las
bateriacuteas Remover la corrosioacuten y proteger los terminales Enjuagar las partes con solucioacuten
de soda caacuteustica
4522 Si es necesario realizar la carga de igualacioacuten de la bateriacutea
No es necesario realizar una carga de igualacioacuten si el voltaje de flotacioacuten de cada celda estaacute
en 24V o maacutes Si las bateriacuteas se descargan por largos periacuteodos o las lecturas hidromeacutetricas
de las celdas difieren por maacutes de 20 puntos (Ej 1205 vs 1230) o una celda estaacute deacutebil dar
a la bateriacutea una carga de igualacioacuten Igualar el voltaje de las celdas de las bateriacuteas
colocando el botoacuten selector de flotacioacuten en 27-28 y permitir que la bateriacutea llegue a plena
carga y gasifique libremente (reduzca la carga yo conectar un generador si es necesario)
Dejar cargar las bateriacuteas por lo menos durante 24 horas y tomar lecturas con el hidroacutemetro
La igualacioacuten se ha completado cuando las lecturas del hidroacutemetro tengan 20 puntos
maacuteximo de rango Revisar el nivel del agua y si es preciso disminuir la carga para evitar
que la bateriacutea este demasiado caliente al tacto
119
4523 Escalar la torre o bajarla y hacer una revisioacuten mecaacutenica total delaerogenerador
Ajustar cualquier pieza que se encuentre floja o cambiar las piezas desgastadas
1 Ajustar todas las tuercas y tornillos de montaje de la torre y los tornillos de montaje
del rotor
2 Revisar todos los rodamientos Se acepta un juego escasamente perceptible
3 Rellenar las fisuras de las heacutelices de fibra de vidrio con sellante de silicona
Reemplazarlas si hay alguna rota o dantildeada Reparar o reemplazar las aspas de fibra
de vidrio si estaacuten quebradas o dantildeadas
4524 Registro de mantenimiento
Observar y registrar los requisitos mensuales y anuales de inspeccioacuten Registrar todos los
trabajos de mantenimiento y reparaciones
CAPIacuteTULO 5
5 ANAacuteLISIS ECONOacuteMICO
A nivel internacional se considera que la energiacutea eoacutelica es una tecnologiacutea madura
comercialmente Sin embargo no se ha desarrollado con fuerza mas que desde hace 4 oacute 5
antildeos en los que la potencia instalada en todo el mundo se ha multiplicado por 5 Este
desarrollo no soacutelo se ha debido a la mejora tecnoloacutegica sino tambieacuten a la mejora de los
aspectos econoacutemicos no obstante los gobiernos han reconocido la existencia de unos
beneficios antildeadidos de la energiacutea eoacutelica especialmente sus ventajas medioambientales Ello
ha hecho que se introduzcan bonificaciones a los precios pagados por ella o subvenciones a
la instalacioacuten de equipos que permiten facilitar el desarrollo en las inversiones en este tipo
de energiacutea Este hecho permitioacute que se comenzara a producir a gran escala promoviendo
tanto el avance tecnoloacutegico como una reduccioacuten en los costos de fabricacioacuten Esto a su vez
ha permitido reducir el costo de generacioacuten de la energiacutea eoacutelica a niveles muy proacuteximos a
los de la generacioacuten eleacutectrica convencional Este factor junto con la existencia de unos
precios de compra favorables explica el desarrollo espectacular de los uacuteltimos antildeos
Pese a todo no hay que olvidar que la energiacutea eoacutelica por su propia naturaleza y por su
tecnologiacutea presenta maacutes riesgos en cuanto a su produccioacuten y costos que las energiacuteas
convencionales y que la disponibilidad econoacutemica es crucial para conseguir una
factibilidad yo rentabilidad aceptable de los equipos Por ello parece necesario estudiar
con alguacuten detalle todos los aspectos econoacutemicos de la energiacutea eoacutelica y el grado en que
influyen los distintos paraacutemetros
121
51 COSTOS DEL SISTEMA CONVERSOR DE ENERGIacuteA EOacuteLICA
Los costos de la energiacutea eoacutelica se pueden analizar desde distintos puntos de vista Para el
inversionista o el promotor de una instalacioacuten los costos a considerar son los costos
privados es decir los soportados directamente por eacuteste como los costos de inversioacuten de
explotacioacuten etc Sin embargo si la inversioacuten se analiza desde un punto de vista puacuteblico o
social es necesario tener en cuenta tambieacuten otros valores a la hora de determinar su
rentabilidad como el ahorro energeacutetico que se produce los costos y beneficios
medioambientales que supone la instalacioacuten
511 Costos privados
Los costos privados de un montaje de estas caracteriacutesticas son el costo de inversioacuten y el
costo de explotacioacuten
5111 Costo de inversioacuten
El costo de inversioacuten incluye el aerogenerador el banco de bateriacuteas el regulador el
inversor la torre y el montaje Como se ilustra en la tabla 19 del capitulo anterior en donde
se muestran tres clases de aerogeneradores se toma en cuenta el costo de cada uno ademaacutes
de los equipos restantes que conforman el sistema conversor de energiacutea eoacutelica con el fin
de determinar diferentes alternativas de inversioacuten Se utiliza una TRM $236328 al 29 de
mayo de 2002 sin embargo se efectuaraacute un anaacutelisis en doacutelares para ser el estudio maacutes
objetivo
El factor de importacioacuten incluye nacionalizacioacuten fletes nacionales internacionales
seguros aduana y aranceles
122
Tabla 23 Alternativa de inversioacuten 1
COSTOSFACTOR
IMPORTACIOacuteNEQUIPO ODETALLE REFERENCIA CANTIDAD VALOR
FOB(USD$) () (USD$)
VALORTOTALFINAL(USD$)
AerogeneradorJBORNAYInclin Neo
15001 2982 40 1193 4175
Banco deBateriacuteas
TROJANB220-4 8 1238 60 743 1981
Inversor 24120 TRACEDR3624 1 1007 40 404 1411
Regulador RG 100A 1 279 40 112 391Torre
Galvanizada Tilt UpTipo pesado 3 10m 0 116
BombaCentriacutefuga 1 0 4872
Montaje 1 0 2158SUB ndash TOTAL 5506 10719
TOTAL 10719 Equipos adquiridos en el paiacutes y cotizados en doacutelares a la TRM incluido el IVA
Tabla 24 Alternativa de inversioacuten 2
COSTOSFACTOR
IMPORTACIOacuteNEQUIPO ODETALLE REFERENCIA CANTIDAD VALOR
FOB(USD$) () (USD$)
VALORTOTALFINAL (USD$)
AerogeneradorBERGEYBwc Excel
15001 4134 40 1654 5788
Banco deBateriacuteas
TROJANB220-4 8 1238 60 743 1981
Inversor 24120 TRACEDR3624 1 1007 40 404 1411
Regulador RG 100A 1 279 40 112 391Torre
Galvanizada Tilt UpTipo pesado 3 10m 0 116
BombaCentrifuga 1 0 4872
Montaje 1 0 2238SUB ndash TOTAL 6658 12412
TOTAL 12412 Equipos adquiridos en el paiacutes y cotizados en doacutelares a la TRM incluido el IVA
123
Tabla 25 Alternativa de inversioacuten 3
COSTOSFACTOR
IMPORTACIOacuteNEQUIPO ODETALLE REFERENCIA CANTIDAD VALOR
FOB(USD$) () (USD$)
VALORTOTAL FINAL
(USD$)
Aerogenerador WHISPERH 1500 1 3922 40 1569 5491
Banco deBateriacuteas
TROJANB220-4 8 1238 60 743 1981
Inversor 24120 TRACEDR3624 1 1007 40 404 1411
Regulador RG 100A 1 279 40 112 391Torre
Galvanizada Tilt UpTipo pesado 3 10m 0 116
BombaCentrifuga 1 0 4872
Montaje 1 0 2224SUB ndash TOTAL 6446 12101
TOTAL 12101 Equipos adquiridos en el paiacutes y cotizados en doacutelares a la TRM incluido el IVA
51111 Costos de montaje
Los gastos de montaje incluyen costos de desplazamiento al sitio de trabajo para 3
personas estadiacutea por dos semanas que aproximadamente dura el montaje transporte de los
equipos materiales eleacutectricos e insumos para la instalacioacuten y salarios para dichas personas
Ademaacutes se incluye una utilidad del 5 sobre el valor total de los equipos para cada
alternativa
Tabla 26 Costos de montaje del sistema eoacutelico
Alte
rnat
iva Diacuteas Comidas
($)
Estadiacutea
($)
Insumos
para la
instalacioacuten
($)
Salarios
($)
Transporte
de equipos
y personal
($)
Utilidad
($)
Total
costo
($)
Montaje
(USD$)
1 10 288000 200000 1000000 2400000 200000 1011602 5099602 2158
2 10 288000 200000 1000000 2400000 200000 1202200 5290200 2238
3 10 288000 200000 1000000 2400000 200000 1167105 5255105 2224
Cotizado en pesos a nivel nacional y evaluado en doacutelares a la TRM $236328
124
EL 95 de los equipos no estaacuten sometidos al reacutegimen de impuesto de valor agregado
(IVA) gracias al decreto 2532 de 2001 a las leyes 697 de 2001 y 223 de 1995 que se
explicaran en el capitulo 7
5112 Costos de explotacioacuten
Los costos anuales de explotacioacuten son del 2 de la inversioacuten inicial Comprenden los
gastos de personal de operacioacuten y mantenimiento de reparaciones y de sustitucioacuten de
equipos como el banco de bateriacuteas que tiene que ser sustituido cada cinco antildeos
Tabla 27 Costo final de las alternativas
Alte
rnat
iva Costo de
equipos
(USD$)
Montaje
(USD$)
Valor
presente
(USD$)
Valor presente
($)
Mto anual 2 de
inversioacuten inicial
(USD$)
1 8561 2158 10719 25331998 21438
2 10174 2238 12412 29334211 24825
3 9877 2224 12101 28597222 24201
Cotizado en pesos a nivel nacional y evaluado en doacutelares a la TRM $236328
52 ANAacuteLISIS FINANCIERO DEL PROYECTO
Invertir es incurrir en la actualidad en un gasto que se espera deacute lugar a una corriente de
beneficios que haraacuten que el inversionista se halle en una posicioacuten maacutes favorable que la que
ocupariacutea en el caso de que el gasto inicial se hubiera destinado a otro uso
Asiacute es que se puede modelizar el proceso mediante la figura 34 donde C0 representa el
capital inicial invertido y FC1 FC2 FC3 FCt y FCN los flujos de fondos para cada periacuteodo
dentro de los n periacuteodos considerados
125
Figura 34 Modelo de flujo de fondos
Para determinar la factibilidad de esta inversioacuten se utilizoacute el meacutetodo del valor presente o
actualizacioacuten del flujo de fondos y para medir la rentabilidad de la misma se aplicaron los
conceptos de Valor Presente Neto (VAN) y de Tasa Interna de Retorno (TIR)
Se analizaraacute este proyecto mediante la aplicacioacuten de los meacutetodos VAN y TIR mencionados
anteriormente
Valor Actual Neto (VAN) El valor presente neto de un proyecto de inversioacuten es su valor
medido en dinero de hoy expresando esta idea de otra manera es el equivalente en pesos
actuales de todos los ingresos y egresos presentes y futuros que constituyen el proyecto
Mediante este meacutetodo se actualizan los flujos de fondos con el fin de hallar su valor actual
en el momento de la inversioacuten que si es positivo indicaraacute que el proyecto presenta un
rendimiento maacutes elevado que el costo de capital necesario para llevarlo a cabo Se expresa
mediante la siguiente ecuacioacuten
sumsumsumsumminusminusminusminus ++++
++++====n
1t tC
O)i1(
FCVAN t (2)
Donde
i es la tasa de corte de mercado
Tasa Interna de Retorno (TIR) Este iacutendice se refiere a la rentabilidad del dinero invertido
en el proyecto y puede ser mayor igual o menor que la tasa de oportunidad aplicable al
inversionista
126
Este meacutetodo se refiere al tipo de intereacutes que aplicado al capital de que se dispone al
comienzo de cada periacuteodo haraacute posible que las entradas de caja sirvan para cubrir
exactamente la totalidad de las cargas de intereacutes y para reponer el capital desembolsado
Se trata de encontrar la solucioacuten de la variable r en la siguiente ecuacioacuten
0)r1(
FCo
n
1tt
Ct ====++++
++++ sumsumsumsumminusminusminusminus
(1)
Donde
Co representa el movimiento de caja al comienzo del periacuteodo de la inversioacuten
FCt los subsiguientes flujos de capital o de caja para cada periacuteodo t
n la vida uacutetil de la inversioacuten
r la rentabilidad interna o TIR
Valor de Salvamento (Vs) Es la recuperacioacuten del capital de trabajo invertido en el
proyecto o en otras palabras el valor de venta del equipo usado al concluir la vida uacutetil del
proyecto Para el caso de este proyecto se toma el valor de salvamento Vs como un 15 de
la inversioacuten inicial para el antildeo 20 de la vida uacutetil
521 Anaacutelisis financiero para cada alternativa
Con los costos finales para cada una de las alternativas mostrados en la tabla 25 se
realizaraacute ahora un anaacutelisis financiero para cada alternativa con una cuota inicial del 30
sobre el valor total de los equipos que tienen que ser importados este porcentaje lo
determina el importador ademaacutes de un plazo de 45 diacuteas para la entrega de los equipos en el
127
sitio En este caso particular se consultoacute con AQUAIRE ECOPRODUCTOS que es una
empresa colombiana dedicada a la importacioacuten de estos sistemas conversores
El 70 restante lo financiaraacute una entidad bancaria a traveacutes de un creacutedito a un posible
inversionista El estudio del creacutedito se haraacute para 24 36 y 60 meses con el fin de buscar
cual seria la solucioacuten maacutes econoacutemica y la maacutes rentable para el posible inversionista
Ademaacutes se incluye el valor del mantenimiento por los 20 antildeos de vida uacutetil del sistema
conversor de forma anual que seraacute del 2 de la inversioacuten inicial Se busca tener una cuota
mensual fija trayeacutendola al valor presente para que solo se pague durante los primeros 5
antildeos de la vida uacutetil del aerogenerador por otro lado este mantenimiento incluye el valor de
reposicioacuten de equipos como lo es el banco de bateriacuteas que tiene que ser cambiado cada
cinco antildeos
En la diagramacioacuten de los fondos de fondos que a continuacioacuten se presentan se mostraraacute el
valor presente neto y la tasa interna de retorno de cada una de las alternativas empezando
por aquella que posee subsidio luego la que no posee subsidio y por uacuteltimo una
comparacioacuten con un estrato maacutes alto que el costo en un estrato cinco
128
Tabl
a 28
Flu
jo d
e fo
ndos
pro
yect
ado
para
las 3
alte
rnat
ivas
Val
or
pres
ente
($
)
Mes
esTa
sa d
e
inte
reacutes
()
Cuo
ta in
icia
l
30
Val
or a
finan
ciar
Cuo
ta m
ensu
alM
ante
nim
ient
o
men
sual
Cos
to
men
sual
Alte
rnat
iva
1
253
319
98C
uota
del
preacutes
tam
o
241
797
599
600
177
323
9891
581
442
220
958
033
63
Cuo
ta d
el
preacutes
tam
o
361
797
599
600
177
323
9867
290
442
220
715
124
41
Cuo
ta d
el
preacutes
tam
o
601
797
599
600
177
323
9848
502
342
220
527
242
78
Alte
rnat
iva
2
293
342
11C
uota
del
preacutes
tam
o
241
798
800
263
205
339
481
060
503
488
903
51
109
393
76
Cuo
ta d
el
preacutes
tam
o
361
798
800
263
205
339
4877
921
748
890
35
828
107
21
Cuo
ta d
el
preacutes
tam
o
601
798
800
263
205
339
4856
165
248
890
35
610
542
08
Alte
rnat
iva
3
285
972
22C
uota
del
preacutes
tam
o
241
798
579
167
200
180
551
033
859
476
620
41
081
521
50
Cuo
ta d
el
preacutes
tam
o
361
798
579
167
200
180
5575
964
047
662
04
807
301
95
Cuo
ta d
el
preacutes
tam
o
601
798
579
167
200
180
5554
754
147
662
04
595
202
90
129
Tabla 29 Flujo de fondos para la alternativa 1 con cuota inicial del 30 a 24 meses
Valor total del creacutedito $ 17732398 Plazo 24 meses Fecha 25-05-02
Intereacutes 2153 anual Mora 3100 anual Cuota mensual $-915814
CUOTANo FECHA CAPITAL
($)INTERES
($)CUOTA
($)SALDO
($)1 240602 -597665 -318149 -915814 17134734
2 240702 -608388 -307426 -915814 16526346
3 230802 -619303 -296510 -915814 15907043
4 220902 -630415 -285399 -915814 15276628
5 221002 -641725 -274088 -915814 14634902
6 211102 -653239 -262575 -915814 13981663
7 211202 -664959 -250854 -915814 13316704
8 200103 -676890 -238924 -915814 12639814
9 190203 -689034 -226779 -915814 11950780
10 210303 -701397 -214417 -915814 11249383
11 200403 -713981 -201833 -915814 10535402
12 200503 -726791 -189023 -915814 9808611
13 190603 -739831 -175983 -915814 9068780
14 190703 -753105 -162709 -915814 8315676
15 180803 -766617 -149197 -915814 7549059
16 170903 -780371 -135443 -915814 6768688
17 171003 -794372 -121442 -915814 5974316
18 161103 -808624 -107189 -915814 5165692
19 161203 -823133 -92681 -915814 4342559
20 150104 -837901 -77913 -915814 3504658
21 140204 -852934 -62879 -915814 2651724
22 150304 -868237 -47576 -915814 1783487
23 140404 -883815 -31999 -915814 899672
24 140504 -899672 -16142 -915814 0
TOTAL -3750736 -1744146 -915814
130
Tabl
a 30
Fl
ujo
de fo
ndos
par
a la
alte
rnat
iva
1 co
n cu
ota
inic
ial d
el 3
0 a
36
mes
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Val
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tal d
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to$
177
323
98Pl
azo
36 m
eses
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-05-
02
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reacutes
215
3 a
nual
Mor
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00
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uota
men
sual
$-67
290
4
CU
OT
AN
oFE
CH
AC
API
TAL
($)
INT
ERES
($)
CU
OT
A ($
)SA
LDO
($)
CU
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AN
oFE
CH
AC
API
TA
L ($
)IN
TER
ES ($
)C
UO
TA
($)
SALD
O ($
)1
240
602
-354
756
-318
149
-672
904
173
776
4319
161
203
-488
586
-184
318
-672
904
978
459
9
224
07
02-3
611
21-3
117
84-6
729
0417
016
523
2015
01
04-4
973
52-1
755
52-6
729
049
287
246
323
08
02-3
676
00-3
053
05-6
729
0416
648
923
2114
02
04-5
062
76-1
666
29-6
729
048
780
970
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10
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135
Tabla 32 Flujo de fondos para la alternativa 2 con cuota inicial del 30 a 24 meses
Valor total del creacutedito $20533948 Plazo 24 meses Fecha 25-05-02
Intereacutes 2153 anual Mora 3100 anual Cuota mensual $-1060503
CUOTANo FECHA CAPITAL
($)INTERES
($)CUOTA
($)SALDO
($)1 240602 -692090 -368413 -1060503 19841858
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6 211102 -756445 -304059 -1060503 16190632
7 211202 -770016 -290487 -1060503 15420616
8 200103 -783832 -276672 -1060503 14636784
9 190203 -797895 -262608 -1060503 13838889
10 210303 -812211 -248293 -1060503 13026678
11 200403 -826783 -233720 -1060503 12199895
12 200503 -841617 -218886 -1060503 11358278
13 190603 -856717 -203786 -1060503 10501561
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ND
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2
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JO D
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3
205
34
139
Tabla 35 Flujo de fondos para la alternativa 3 con cuota inicial del 30 a 24 meses
Valor total del creacutedito $20018056 Plazo 24 meses Fecha 25-05-02
Intereacutes 2153 anual Mora 3100 anual Cuota mensual $-1033859
CUOTANo FECHA CAPITAL
($)INTERES
($)CUOTA
($)SALDO
($)1 240602 -674702 -359157 -1033859 19343353
2 240702 -686807 -347052 -1033859 18656546
3 230802 -699130 -334730 -1033859 17957416
4 220902 -711673 -322186 -1033859 17245743
5 221002 -724442 -309417 -1033859 16521301
6 211102 -737440 -296420 -1033859 15783861
7 211202 -750671 -283189 -1033859 15033190
8 200103 -764139 -269720 -1033859 14269051
9 190203 -777849 -256011 -1033859 13491202
10 210303 -791805 -242055 -1033859 12699397
11 200403 -806011 -227848 -1033859 11893386
12 200503 -820472 -213387 -1033859 11072914
13 190603 -835193 -198667 -1033859 10237721
14 190703 -850178 -183682 -1033859 9387543
15 180803 -865431 -168428 -1033859 8522112
16 170903 -880959 -152901 -1033859 7641153
17 171003 -896764 -137095 -1033859 6744389
18 161103 -912854 -121006 -1033859 5831535
19 161203 -929232 -104627 -1033859 4902303
20 150104 -945904 -87955 -1033859 3956399
21 140204 -962875 -70984 -1033859 2993524
22 150304 -980151 -53709 -1033859 2013373
23 140404 -997736 -36123 -1033859 1015637
24 140504 -1015637 -18222 -1033859 0
TOTAL -4234195 -1968962 -1033859 0
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tal d
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08
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65-1
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10
06-4
834
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419
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5530
11
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29-5
541
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475
412
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10
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418
749
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12
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009
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11
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569
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475
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5729
01
07-5
099
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759
4-5
475
411
585
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499
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10-1
913
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4503
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182
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ND
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A A
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I=1
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2021
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2425
2627
2829
3031
3233
3435
3637
3839
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4243
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4647
4849
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5253
5455
5657
5859
60
FLU
JO D
E FO
ND
OS
2
FLU
JO D
E FO
ND
OS
3
200
18
144
Del anaacutelisis financiero que se le realizoacute a cada una de las alternativas de inversioacuten se puede
observar que la alternativa maacutes favorable para un posible inversionista es la alternativa 1
ya que es la maacutes econoacutemica y presenta un menor endeudamiento Por esta razoacuten se
trabajaraacute en adelante sobre la alternativa 1 baacutesicamente
Tabla 38 Costo total para la alternativa escogida
Costos
(USD$)
Montaje
(USD$)
VAN del mto
anual por
20 antildeos
(USD$)1
Valor
presente
(USD$)
Valor
presente
($)
Mto anual 2
de inversioacuten
inicial
Valor de
salvamento
15
8561 2158 2285 13004 30733037 260 46099561 VAN del flujo de caja por 20 antildeos utilizando una tasa de inflacioacuten del 7 anual
Tabla 39 Flujo de fondos proyectado para la alternativa escogida
Alternativa
1
($)
Meses Tasa
de
intereacutes
()
Cuota
inicial del
30
($)
Valor a
financiar
($)
Cuota
mensual
($)
Mto
mensual
($)
Costo
mensual
($)
30733037 Cuota
del
preacutestamo
24 179 9219911 21513126 1111074 5122173 1162296
Cuota
del
preacutestamo
36 179 9219911 21513126 816734 5122173 867596
Cuota
del
preacutestamo
60 179 9219911 21513126 588435 5122173 639656
145
Tabla 40 Flujo de fondos para la alternativa escogida con cuota inicial del 30 a 24
meses
Valor total del creacutedito $21513126 Plazo 24 meses Fecha 25-05-02
Intereacutes 2153 anual Mora 3100 anual Cuota mensual $-1111074
CUOTANo FECHA CAPITAL
($)INTERES
($)CUOTA
($)SALDO
($)1 240602 -725093 -385981 -1111074 207880332 240702 -738102 -372972 -1111074 20049930
3 230802 -751345 -359729 -1111074 19298585
4 220902 -764826 -346249 -1111074 18533759
5 221002 -778548 -332527 -1111074 17755212
6 211102 -792516 -318558 -1111074 16962695
7 211202 -806735 -304339 -1111074 16155960
8 200103 -821210 -289865 -1111074 15334750
9 190203 -835943 -275131 -1111074 14498807
10 210303 -850942 -260133 -1111074 13647865
11 200403 -866209 -244865 -1111074 12781657
12 200503 -881750 -229324 -1111074 11899906
13 190603 -897570 -213504 -1111074 11002336
14 190703 -913674 -197400 -1111074 10088662
15 180803 -930067 -181007 -1111074 9158595
16 170903 -946754 -164320 -1111074 8211841
17 171003 -963740 -147334 -1111074 7248101
18 161103 -981031 -130043 -1111074 6267070
19 161203 -998633 -112442 -1111074 5268437
20 150104 -1016550 -94525 -1111074 4251887
21 140204 -1034788 -76286 -1111074 3217099
22 150304 -1053354 -57720 -1111074 2163744
23 140404 -1072253 -38821 -1111074 1091491
24 140504 -1091491 -19583 -1111074 0
TOTAL -4550430 -2116016 -1111074 0
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($)
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019
2712
08
04-3
214
55-2
669
80-5
884
3514
558
979
1319
06
03-2
506
11-3
378
24-5
884
3518
578
408
2811
09
04-3
272
22-2
612
12-5
884
3514
231
757
1419
07
03-2
551
07-3
333
28-5
884
3518
323
301
2911
10
04-3
330
93-2
553
41-5
884
3513
898
664
1518
08
03-2
596
84-3
287
51-5
884
3518
063
617
3010
11
04-3
390
69-2
493
65-5
884
3513
559
595
CU
OT
AFE
CH
AC
API
TA
LIN
TER
ESC
UO
TA
SAL
DO
CU
OT
AFE
CH
AC
API
TA
LIN
TER
ESC
UO
TA
SAL
DO
148
No
($)
($)
($)
($)
No
($)
($)
($)
($)
3110
12
04-3
451
53-2
432
82-5
884
3513
214
442
4605
03
06-4
506
66-1
377
69-5
884
357
228
027
3209
01
05-3
513
45-2
370
89-5
884
3512
863
097
4704
04
06-4
587
52-1
296
83-5
884
356
769
275
3308
02
05-3
576
49-2
307
85-5
884
3512
505
447
4804
05
06-4
669
82-1
214
52-5
884
356
302
293
3410
03
05-3
640
66-2
243
69-5
884
3512
141
381
4903
06
06-4
753
61-1
130
74-5
884
355
826
932
3509
04
05-3
705
98-2
178
37-5
884
3511
770
784
5003
07
06-4
838
90-1
045
45-5
884
355
343
042
3609
05
05-3
772
47-2
111
87-5
884
3511
393
536
5102
08
06-4
925
71-9
586
3-5
884
354
850
471
3708
06
05-3
840
16-2
044
19-5
884
3511
009
521
5201
09
06-5
014
09-8
702
6-5
884
354
349
062
3808
07
05-3
909
05-1
975
29-5
884
3510
618
616
5301
10
06-5
104
05-7
802
9-5
884
353
838
657
3907
08
05-3
979
19-1
905
16-5
884
3510
220
697
5431
10
06-5
195
63-6
887
2-5
884
353
319
094
4006
09
05-4
050
58-1
833
76-5
884
359
815
638
5530
11
06-5
288
84-5
955
0-5
884
352
790
210
4106
10
05-4
123
26-1
761
09-5
884
359
403
313
5630
12
06-5
383
74-5
006
1-5
884
352
251
836
4205
11
05-4
197
23-1
687
11-5
884
358
983
589
5729
01
07-5
480
33-4
040
2-5
884
351
703
803
4305
12
05-4
272
54-1
611
81-5
884
358
556
335
5828
02
07-5
578
65-3
056
9-5
884
351
145
938
4404
01
06-4
349
20-1
535
15-5
884
358
121
416
5930
03
07-5
678
75-2
056
0-5
884
3557
806
3
4503
02
06-4
427
23-1
457
12-5
884
357
678
693
6029
04
07-5
780
63-1
037
1-5
884
350
TOTA
L-1
270
526
-22
600
82-5
884
350
149
FLU
JOS
DE
FO
ND
OS
PAR
A L
A A
LT
ER
NA
TIV
A E
SCO
GID
A
(mile
s de
CO
P $)
FLU
JO D
E FO
ND
OS
1
111
1
I=1
79
01
23
45
67
89
1011
1213
1415
1617
1819
2021
2223
24
215
13
816
I = 1
79
01
23
45
67
89
1011
1213
1415
1617
1819
2021
2223
2425
2627
2829
3031
3233
3435
36
2
151
3
588
I = 1
79
01
23
45
67
89
1011
1213
1415
1617
1819
2021
2223
2425
2627
2829
3031
3233
3435
3637
3839
4041
4243
4445
4647
4849
5051
5253
5455
5657
5859
60
215
13
FLU
JO D
E FO
ND
OS
2
FLU
JO D
E FO
ND
OS
3
150
53 VALOR DEL SERVICIO DE ENERGIacuteA ELEacuteCTRICA ACTUAL
La empresa que suministra la energiacutea eleacutectrica en la vereda Tibista es la Empresa de
Energiacutea de Boyacaacute A continuacioacuten se ilustra un flujo estimativo del costo de la energiacutea
eleacutectrica proyectado mensual y anualmente para los 20 antildeos de vida uacutetil que posee el
sistema conversor de energiacutea eoacutelica Se tiene un estrato 2 (bajo) que esta dentro de un rango
de 1 a 200kWh cuya tarifa por kilovatio hora es de $13544
En el anexo 4 se muestran las tarifas de energiacutea eleacutectrica que tiene la Empresa de Energiacutea
de Boyacaacute para el departamento de Boyacaacute y Casanare durante el mes de mayo de 2002
Tabla 43 Flujo del servicio de energiacutea eleacutectrica actual por 20 antildeos
Antildeo Inflacioacuten
Presupuestada ()
Valor de energiacutea
eleacutectrica mensual ($)
Valor de energiacutea
eleacutectrica antildeo ($)
01 75 26438 3172562 75 28421 3410523 75 30553 3666364 75 32844 3941285 75 35307 4236846 75 37955 4554607 75 40802 4896248 75 43862 5263449 75 47152 565824
10 75 50688 60825611 75 54490 65388012 75 58577 70292413 75 62970 75564014 75 67693 81231615 75 72770 87324016 75 78228 93873617 75 84095 100914018 75 90402 108482419 75 97182 116618420 75 104471 1253652
TOTAL 13738800
151
En el anexo 5 se ilustra la diagramacioacuten de los flujos de fondos donde se muestra el valor
presente neto y la tasa interna de retorno de la alternativa escogida comparaacutendola con el
pago de la energiacutea entregada por parte de la empresa de energiacutea de Boyacaacute (EBSA) durante
un periodo de 20 antildeos que es la vida uacutetil del aerogenerador empezando la comparacioacuten por
aquella en la que el pago es al cien por ciento del valor del equipo luego con una cuota
inicial del treinta por ciento y el saldo a 24 36 y 60 meses
54 COSTO DE LA ENERGIacuteA GENERADA CON VIENTO
Se explicaraacute la forma de llegar al valor monetario de la unidad de energiacutea eleacutectrica
generada el costo del kWh Los elementos constitutivos de este costo seraacuten en una primera
aproximacioacuten el costo del capital invertido en el sistema el costo de operacioacuten y
mantenimiento y el costo de reposicioacuten de equipos (banco de bateriacuteas) cada cinco antildeos
541 Costo de capital
El costo de capital prorrateado a lo largo de la vida uacutetil de la turbina y actualizando su
valor al momento de la inversioacuten puede evaluarse mediante la siguiente expresioacuten
n)i1(11
iEg
CIECC
++++minusminusminusminus
====
(1)
Donde
CC Costo del capital en [$kWh]
CIE Capital invertido [$] (sin incluir el costo de la bomba centriacutefuga)
Eg Energiacutea eleacutectrica generada en [kWh]
i tasa de intereacutes mensual
n Antildeos de vida uacutetil de la turbina 20 antildeos como estaacutendar de la industria eoacutelica
152
Respecto de la energiacutea generada a lo largo de un antildeo Eg debemos recurrir a una
aproximacioacuten de la energiacutea La forma de llegar a esta estimacioacuten seraacute mediante la siguiente
expresioacuten
7608FCPEg n==== (2)
Donde
Pn Potencia nominal del equipo [kW]
FC Factor de carga
8760 Cantidad de horas en un antildeo
El factor de carga representa el porcentaje de horas que en un antildeo la turbina estaacute entregando
la potencia nominal Este es funcioacuten de la velocidad media del viento de la distribucioacuten de
frecuencias y de la curva caracteriacutestica de la maacutequina Para turbinas de buena calidad la
NASA ha determinado empiacutericamente la siguiente curva para obtener este valor
Figura Factor de carga para aerogeneradores
Como se vio en el capitulo anterior la potencia nominal del equipo es de 15kW y se tiene
para la zona de estudio una velocidad media del viento de 57ms para esta velocidad se
observa en la figura que el factor de carga tiene un valor de 035 ahora se reemplaza este
valor en la ecuacioacuten (2) asiacute
876003515kWEg =
4599kWhEg =
153
Teniendo el valor de Eg se reemplaza este valor en la ecuacioacuten (1) asiacute
20)7911(11
791kWh5994
081181acute24$CC
++++minusminusminusminus
====
$315kWhCC ====
542 Costos de operacioacuten y mantenimiento
Siguiendo ahora con el anaacutelisis de costos de generacioacuten los gastos incurridos en la
operacioacuten y mantenimiento del equipo se consideran que son el 2 del capital total
invertido mientras que en los gastos en impuestos como el IVA (Impuesto de Valor
Agregado) se puede omitir gracias al decreto 2532 de 2001 a las leyes 697 de 2001 y 223
de 1995 que se explicaran en el siguiente capitulo 7 Por lo tanto
020Eg
CIECOM ==== (3)
020kWh5994
081181acute24$COM ====
kWh105$COM ====
543 Costo de reposicioacuten de equipos
Por otro lado el sistema autoacutenomo proveedor de energiacutea eleacutectrica debe disponer de una
fuente de almacenamiento para cubrir los huecos energeacuteticos en diacuteas de calma de viento por
lo que eacuteste debe ser considerado como un integrante maacutes del costo de generacioacuten Asiacute para
el banco de bateriacuteas se tendraacute que su costo prorrateado a lo largo de su vida uacutetil (5antildeos) n
y actualizado al momento de la inversioacuten seraacute
154
n)i1(11
iEg
VBBCRE
++++minusminusminusminus
==== (4)
Donde
CRE Costo del banco de bateriacuteas [$kWh]
VBB Valor del banco de bateriacuteas [$]
5)7911(11
791kWh5994
2516824$CRE
++++minusminusminusminus
====
kWh215$CRE ====
Finalmente el costo total de la unidad de energiacutea generada mediante el aerogenerador
CTEG seraacute la suma de las expresiones anteriores quedando
CRECOMCCCTEG ++++++++==== (5)
kWh)215$105$315($CTEG ++++++++====
kWh635$CTEG ====
CAPITULO 6
6 CONSIDERACIONES AMBIENTALES
Es indudable que cualquier tecnologiacutea produce un impacto sobre el medio ambiente
afectando a la comunidad y siendo en la mayoriacutea de los casos difiacutecil cuantificarlo o no hay
intereacutes en ello pero debe ser evaluado y considerado en toda toma de decisiones Se
analizaraacuten brevemente los diversos aspectos relacionados con la implantacioacuten de sistemas
conversores de energiacutea eoacutelica
61 ASPECTOS POSITIVOS20
Una gran parte de la contaminacioacuten de CO2 a nivel mundial es producido por las plantas
generadoras de electricidad de carboacuten y petroacuteleo
Tabla 44 Emisiones de CO2 en el mundo
Combustible kg de CO2 por GJ kg de CO2 por kg decombustible
Gasolina 73 320Fuelfracciones ligeras del
petroacuteleo74 316
Fracciones pesadas del petroacuteleo 78 315Gas natural (metano) 57 274
Carboacuten 95 233
20 Revista Mundo Eleacutectrico Colombiano No 37 Beneficios e intereses de la energiacutea eoacutelica Paacuteg 95 octubre-diciembre de 1999
156
Si los aerogeneradores desplazan la generacioacuten a carboacuten cada kWh generado por esta
tecnologiacutea evitaraacute lanzar al medio ambiente
bull 5 ndash 8 g de SO2
bull 3 ndash 6 g de NOX
bull 750 ndash 1250 g de CO2
bull 40 ndash 70 g de cenizas y escorias
Las nuevas plantas termoeleacutectricas a carboacuten cuentan con filtros que remueven casi todos los
contaminantes excepto el CO2 que continua saliendo en la misma cantidad Es de anotar
que el CO2 se acumula en la atmoacutesfera y tarda maacutes de 100 antildeos en degradarse
En la actualidad la preocupacioacuten por evitar la destruccioacuten del planeta ha propiciado que
muchos paiacuteses adelanten estudios para lograr una reduccioacuten a mediano plazo de la
produccioacuten de los residuos contaminantes anteriormente mencionados
El maacutes importante de estos estudios se realizoacute basaacutendose en el anaacutelisis hecho por el
Stockholm Enviroment Institute de Boston y un grupo de expertos en diferentes disciplinas
A pesar de utilizar presunciones convencionales en cuanto al crecimiento econoacutemico y
demograacutefico el estudio concluyoacute que es teacutecnicamente factible reducir a la mitad el actual
uso de combustibles foacutesiles para dentro de cuarenta antildeos La utilizacioacuten de petroacuteleo y de
otros combustibles foacutesiles seriacutea abandonados completamente dentro del proacuteximo siglo y la
energiacutea nuclear seriacutea abandonada para el antildeo 2010
El estudio demuestra que una combinacioacuten de mejoras baacutesicas en la eficiencia energeacutetica en
todos los sectores maacutes la introduccioacuten de una gama de energiacuteas renovables como la
energiacutea eoacutelica conduce a reducciones muy significativas en el impacto ambiental de los
combustibles foacutesiles sin ocasionar ninguacuten colapso econoacutemico Esto puede ser una prueba
de que en futuro energeacutetico sin combustibles foacutesiles y sin energiacutea nuclear puede ser una
realidad
157
62 BARRERAS21
621 Impacto visual
El factor visual es el maacutes difiacutecil de cuantificar por que es muy subjetivo algunas personas
objetan al ver los aerogeneradores otras no Los elementos maacutes importantes en el impacto
visual son el tipo de paisaje el nuacutemero de aerogeneradores y la forma en que los
aerogeneradores esteacuten colocados
622 Ruido
El ruido de las turbinas eoacutelicas es generado por componentes mecaacutenicos como es la caja
amplificadora de velocidades o aerodinaacutemicamente por las aspas El ruido puede ser
reducido por un buen disentildeo mantenimiento y aislamiento acuacutestico en el primer caso y con
turbinas de velocidad variable aspas delgadas y disentildeo aerodinaacutemico cuidadoso
Las autoridades puacuteblicas en todo el mundo utilizan la denominada escala dB(A) o
decibelios (A) para cuantificar las medidas de sonido Para tener una idea de la escala se
puede observar la siguiente tabla
Tabla 45 Ejemplo de la escala de decibelios dB(A)
Nivel del
sonido
Umbral de
audibilidad
Susurro Conversacioacuten Trafico
Urbano
Concierto
de rock
Reactor a 10m
de distancia
dB (A) 0 30 60 90 120 150
La escala de decibelios (A) mide la intensidad de sonido en todo el rango de las diferentes
frecuencias audibles (diferentes tonos) y posteriormente utiliza un sistema de ponderacioacuten
21 RODRIacuteGUEZ D Julio M La energiacutea eoacutelica Bogotaacute DC 1992 Universidad Nacional Ingenieriacutea eInvestigacioacuten
158
teniendo en cuenta el hecho de que el oiacutedo humano tiene una sensibilidad diferente a cada
frecuencia de sonido
Figura 35 Propagacioacuten del sonido y distancia
De acuerdo con estaacutendares internacionales los fabricantes de aerogeneradores suelen
especificar niveles teoacutericos de dB(A) que se originan en toda la superficie de la maacutequina y
de su rotor Este nivel suele oscilar entre 65 y 100 dB(A)
623 Uso de terreno
Las experiencias de las granjas eoacutelicas indican que se necesitan de 7 a 12 hectaacutereas por
MW instalado pero no maacutes del 5 de esa aacuterea es usada por las turbinas Sin embargo el
resto del terreno puede seguir siendo usado en labores agriacutecolas
63 PROTOCOLO DE KYOTO
El protocolo de Kyoto es un acuerdo adoptado en la tercera conferencia sobre cambio
climaacutetico de las Naciones Unidas celebrada en diciembre de 1997 en Kyoto(Japoacuten) Por
primera vez se fijaron cuotas para la reduccioacuten de las emisiones de gases causantes del
efecto invernadero Al tiempo que se estableciacutean compromisos se introdujeron los
mecanismos para flexibilizarlos
159
Otros compromisos previstos en este protocolo son
bull Los 38 principales paiacuteses industrializados se comprometen a reducir sus emisiones
de 6 gases perjudiciales para el clima en un 52 por debajo del nivel de 1990 este
objetivo deberaacute ser alcanzado entre el 2008 y 2012
bull Los Estados de Unioacuten Europea deben reducir sus emisiones en un 8 de este
porcentaje se preveacute para Alemania un 21
bull Se introducen nuevos y flexibles instrumentos para la proteccioacuten del clima como el
comercio de emisiones e inversiones en proyectos determinados en paiacuteses
industrializados y en desarrollo apropiados para reducir las emisiones de gases de
efecto invernadero
6311 Conferencias sobre la reduccioacuten de gases de efecto invernadero
bull 1ra Conferencia sobre el cambio climaacutetico
Berliacuten (Alemania) 1995 se firmoacute el llamado ldquoMandato de Berliacutenrdquo por representantes de
160 paiacuteses en donde se establece la voluntad de reducir los gases causantes del efecto
invernadero pero sin compromisos sobre cifras y plazos Se eligioacute la ciudad de Bonn
(Alemania) como sede de la secretariacutea permanente de la convencioacuten marco de la ONU
sobre el cambio climaacutetico
bull 2da Conferencia sobre el cambio climaacutetico
Ginebra (Suiza) 1996 asistieron 150 paiacuteses que asumieron la responsabilidad del factor
humano en el cambio climaacutetico reconociendo la necesidad de fijar un objetivo cuantitativo
para limitar la emisioacuten de gases de efecto invernadero por parte de los paiacuteses
industrializados
bull 3ra Conferencia de Kyoto
Kyoto (Japoacuten) 1997 tambieacuten llamado protocolo de Kyoto asistieron 155 naciones que al
firmar este acuerdo obliga a los paiacuteses industrializados a reducir sus emisiones de gases
dividiendo a estos paiacuteses en 8 grupos y obligando juriacutedicamente a frenar y reducir la
emisioacuten de seis gases que producen el efecto invernadero
160
Se establece que EEUU rebaje un 7 las emisiones de gases contaminantes Japoacuten un 6
la Unioacuten Europea un 8 Rusia un 0 y los Estados de Europa central y Oriental un 8
Estos gases son
CO2
Metano
Oacutexido nitroso
Hidrofluorocarbono
Perfluorocarbono
Sulfuro hexafluoruro
bull 4ta Conferencia de las partes de la convencioacuten marco sobre el cambio climaacutetico
Representantes de 170 paiacuteses aplazan hasta el antildeo 2000 la puesta en marcha del
Mecanismo de Desarrollo Limpio (MDL) acordado en el protocolo de Kyoto acordando
tambieacuten la presencia de organizaciones no gubernamentales en oacuterganos de negociacioacuten de
la convencioacuten del clima
bull 5ta Conferencia del clima
Bonn (Alemania) 1999 acuden 4000 delegados de 166 paiacuteses en donde se ponen en
evidencia las diferencias entre los paiacuteses industrializados y las naciones en desarrollo
bull 6ta Conferencia del clima
La Haya (Holanda) 2000 La reunioacuten fue un fracaso y se suspendioacute sin ninguacuten acuerdo
para precisar los mecanismos de aplicacioacuten del Protocolo de Kyoto los sumideros de
carbono el comercio de los derechos de emisioacuten y la financiacioacuten del mecanismo de
desarrollo limpio
bull 7ta Conferencia del clima (2ordf parte)
Bonn (Alemania) 2001 en esta reunioacuten se planteoacute la disyuntiva de si se enterraba o no el
protocolo de Kyoto este se salvoacute finalmente al anunciar la Unioacuten Europea que iba a
ratificarlo postura a la que se unioacute Japoacuten Sin embargo los EEUU se quedaron aislados
161
64 MECANISMOS DE DESARROLLO LIMPIO22
641 Gases de efecto invernadero
Entre los asuntos que se discutieron con mayor detenimiento y profundidad durante al
conferencia de Riacuteo de Janeiro de las Naciones Unidas sobre ldquoMedio Ambiente y
Desarrollordquo en 1992 y que fue objeto de la mayor preocupacioacuten figura la referente al
ldquoCambio climaacutetico globalrdquo De alliacute surgioacute la Convencioacuten de las Naciones Unidas sobre el
ldquoCambio Climaacuteticordquo suscrita por maacutes de 150 paiacuteses y vigente desde marzo de 1994
A traveacutes de este documento los paiacuteses signatarios se comprometieron a realizar los
inventarios de las fuentes y sumideros de los gases de efecto invernadero (GEI) asiacute como
adelantar programas de mitigacioacuten y a recopilar y dar a conocer informaciones
concernientes a las implementaciones que resultaren necesarias para cumplir con este
propoacutesito internacional
Por otra parte los paiacuteses industrializados a traveacutes de la misma convencioacuten asumieron el
liderazgo en la orientacioacuten de los esfuerzos para lograr la mitigacioacuten de los GEI y
proporcionar ayuda financiera a los paiacuteses en desarrollo que les permita cubrir los costos
que implique la realizacioacuten sobre los informes de la misma materia asiacute como los
incrementos de los costos para las implementaciones que decidan previo acuerdo mutuo
los paiacuteses en desarrollo y los paiacuteses industrializados en cumplimiento de los mismos
compromisos
La Convencioacuten Marco de las Naciones Unidas sobre el Cambio Climaacutetico (CMNUCC)
suscrita por 155 paiacuteses en Riacuteo de Janeiro (Brasil) en 1992 tiene como objetivo la
ldquoestabilizacioacuten de las concentraciones de los gases de efecto invernadero en la atmoacutesfera a
22 VERA O Carlos A Estudio de energizacioacuten rural con fuentes alternativas municipio de San Jose delGuaviare Bogotaacute DC 2001 Trabajo de grado (Ingeniero Electricista) Universidad de la Salle Facultad deIngenieriacutea Eleacutectrica
162
un nivel tal que se puedan evitar interferencias antropogeacutenicas peligrosas para el sistema
climaacuteticordquo (Art 2)
Las directrices para alcanzar esta meta incluyen que todos los paiacuteses que suscribieron el
convenio ldquodeberiacutean proteger el sistema climaacutetico para el beneficio de las generaciones
presentes y futuras de la humanidad sobre la base de la equidad y de acuerdo con sus
responsabilidades comunes pero diferenciadas y su respectiva capacidadrdquo y que ldquolas partes
deberiacutean tomar medidas preventivas para anticipar prevenir o minimizar las causas del
cambio climaacutetico y mitigar sus efectos adversosrdquo (Art 3)
Colombia adopto la CMNUCC el 9 de mayo de 1992 y el Congreso Nacional la aproboacute por
ley 164 de 1995 La Corte Suprema de Justicia la considero exequible y fue ratificada el 22
de marzo de 1995 entroacute en vigencia para el paiacutes el 20 de junio de 1995 Como paiacutes no
perteneciente al Anexo 1 tiene los compromisos generales establecidos para todas las
naciones que suscribieron la CMNUCC
Los paiacuteses industrializados del Anexo 1 estaacuten comprometidos a suministrar recurso
financieros para asistir a los paiacuteses en desarrollo en la preparacioacuten de sus
comunicaciones nacionales y transferir tecnologiacutea para que los paiacuteses en desarrollo
puedan cumplir con la implementacioacuten de sus programas de reduccioacuten de emisiones23
Dentro de este contexto la Academia Colombiana de Ciencias Exactas Fiacutesicas y Naturales
(ACCEFN) con el apoyo de la Sociedad Alemana de Cooperacioacuten Teacutecnica (GTZ) y el
aval del Ministerio del Medio Ambiente realizo durante 1995 y 1996 el inventario de
gases de efecto invernadero- Colombia 1990 Durante 1998 la ACCEFN realizo el estudio
Opciones para la reduccioacuten de emisiones de gases de efecto invernadero en Colombia
1998-2010
23 Estudio de estrategia nacional para la implementacioacuten de mecanismos de desarrollo limpio para Colombia
163
642 Emisiones de CO2
El total de CO2 emitido en Colombia en 1990 fue de 167046Gg es decir una emisioacuten
anual per capita de 52 Tonhab Las principales fuentes fueron Cambio de Uso de la Tierra
y silvicultura especialmente tala y quema del bosque y Sector Energiacutea (quema de
combustibles)
Los sectores que presentaron una mayor participacioacuten en la emisioacuten de CO2 por el consumo
de combustibles foacutesiles (45448Gg) fueron el transporte con 328 energiacutea e industrias de
transformacioacuten con 302 y la industria manufacturera con 233 Estos tres sectores
tienen una participacioacuten del 863 en la generacioacuten de emisiones de CO2
0
5
10
15
20
25
30
35TransporteEnergiacuteaIndustria manofactureraResidencialOtrosComercialIndustrialConstruccioacuten
Figura 36 Emisiones sectoriales de CO2 en Colombia para 1990
643 Evolucioacuten de los mecanismos de Kyoto en las negociaciones de cambio
climaacutetico
En la tercera conferencia de las partes en Kyoto (Japoacuten) los paiacuteses lograron introducir
sistemas de derechos negociables los llamaron Mecanismos de Flexibilidad con el
objetivo de reducir sus costos de cumplir las metas de reduccioacuten de Gases Efecto
Invernadero (GEI)
164
Los costos de cumplimiento de las metas en ausencia de los mecanismos son altos Para
EEUU por ejemplo el costo incremental llegaraacute a US$76 por la uacuteltima tonelada de CO2
reducida Japoacuten enfrenta un costo en casa de US$239
Posteriormente estos niveles de precios fueron corregidos por las incertidumbres sobre la
entrada en vigencia del protocolo la probabilidad que los Certificados de Reduccioacuten de
Emisiones (CRE) se puedan transferir por una tasa de intereacutes del 5 para reflejar el costo
de oportunidad de realizar una inversioacuten hoy El rango de precios resultante fue 19
US$Ton CO2 Hasta la fecha se han aprobado 114 proyectos dentro de la fase piloto de las
actividades implementadas conjuntamente desde que empezoacute el programa en abril de 1995
El intereacutes general y objetivo de Kyoto frente al mecanismo de Desarrollo Limpio (MDL)
es promover el desarrollo sostenible en paiacuteses en viacutea de desarrollo y ayudar a los paiacuteses
industrializados a alcanzar sus metas de reduccioacuten de emisiones
65 LICENCIA AMBIENTAL PARA EL PROYECTO
Las autoridades competentes que expiden la licencia ambiental necesaria para llevar a cabo
un proyecto de estas caracteriacutesticas dependiendo de la jurisdiccioacuten en que estas tengan
derechos son las Corporaciones Autoacutenomas Regionales (ver anexo 6)
La Corporacioacuten Autoacutenoma Regional que tiene bajo su jurisdiccioacuten la vereda Tibista zona
rural del municipio de Saboyaacute es la CAR (Corporacioacuten Autoacutenoma Regional de
Cundinamarca) regional Ubateacute-Suaacuterez seccional Chiquinquiraacute esta seccional exige el
diligenciamiento de una solicitud de licencia ambiental (ver anexo 7) y posteriormente una
visita de sus funcionarios que observaraacuten el sitio del montaje de los equipos para obtener la
aprobacioacuten final de la licencia
CAPITULO 7
7 MARCO LEGAL Y TRIBUTARIO
Para entender mejor lo que se podraacute presentar en Colombia con respecto a los impuestos y
exenciones tributarias se debe conocer lo que sucede en otros paiacuteses del mundo en la
materia
71 INCENTIVOS INTERNACIONALES PARA LA ENERGIacuteA EOacuteLICA24
Particularmente en paiacuteses industrializados y de acuerdo con el protocolo de Kyoto
diversos gobiernos han implementado o planean implementar poliacuteticas e incentivos para
promover el desarrollo de energiacuteas limpias
711 Incentivos fiscales
Dentro de esta categoriacutea se encuentran los incentivos de inversioacuten particularmente los
impuestos de creacuteditos de inversioacuten son usualmente maacutes bajos al reducirse estos bajan los
costos del inversionista por medio de su ahorro
712 Depreciacioacuten acelerada
La depreciacioacuten acelerada de un equipo eoacutelico (por ejemplo alcanzando el 100 de
depreciacioacuten de una turbina en el primer antildeo de operacioacuten) bajaraacute significativamente la
24 OROZCO P Andreacutes Viabilidad teacutecnica y econoacutemica de la instalacioacuten de granjas eoacutelicas para suministro deenergiacutea eleacutectrica en Colombia Bogotaacute DC 1999 Trabajo de grado (Ingeniero Eleacutectrico) Universidad de losAndes Facultad de Ingenieriacutea Eleacutectrica
166
cantidad de impuestos pagados durante el estado inicial del proyecto esto alivia en parte
los elevados costos de capital al inicio de una planta eoacutelica
713 Subsidios
Existen muchas razones por las que el pago en efectivo puede ayudar a la promocioacuten de la
energiacutea eoacutelica muchas veces el pago de efectivo para la instalacioacuten de un sistema de
energiacutea eoacutelica es maacutes beneacutefico a un potencial inversor que tiene una renta de base limitada
para tomar completa ventaja de un creacutedito de inversioacuten Este tipo de incentivo ayuda a un
inversor privado al reducir el gravamen ya que la porcioacuten subsidiada de la planta de
potencia no es grabada
714 Pagos en efectivo por kWh
Estos pagos son similares en naturaleza a los subsidios de inversioacuten aunque el gobierno
paga al generador una cierta cantidad de dinero por kWh producido este incentivo no
solamente ayuda a un inversionista a construir un parque eoacutelico sino que estimula la
produccioacuten de electricidad
715 Exenciones arancelarias
Son otras formas de incentivos a la inversioacuten los gobiernos pueden reducir o eliminar la
cantidad de aranceles para la importacioacuten de la turbina esto baja efectivamente el costo de
capital y el costo inicial del proyecto ya que la mayoriacutea de los costos de un proyecto eoacutelico
provienen de la inversioacuten de capital inicial
716 Renuncia del uso de derechos impuestos de propiedad de la tierra
Se usa para reducir los costos involucrados con la inversioacuten inicial de un parque eoacutelico
Una cantidad significativa de tierra es necesaria para el desarrollo de un proyecto grandes
167
cantidades de tierra estaacuten asociadas con impuestos maacutes altos o derechos por el uso de esa
tierra ademaacutes en muchas instancias los impuestos de propiedad estaacuten basados en el valor
de las facilidades sobre la propiedad Comparada con plantas de combustible foacutesil las
plantas eoacutelicas estaacuten valoradas en una tasa mucho mayor y estaacuten sujetas a pagar maacutes altos
impuestos eliminando o reduciendo los derechos o impuestos sobre la tierra donde se ubica
la granja eoacutelica se bajaran los costos del proyecto
72 FINANCIACIOacuteN
La energiacutea renovable para muchas instituciones es considerada de alto riesgo debido a la
cualidad intermitente de la fuente de energiacutea muchos gobiernos garantizan preacutestamos dan
subsidio efectivamente maacutes bajos que las tasas de intereacutes que los inversionistas deben
pagar u ofrecen preacutestamos de bajo intereacutes Estos incentivos financieros para inversiones de
capital ayudan a aliviar los pagos que el operador del parque debe pagar en los primeros
antildeos del proyecto
73 REGULACIONES AMBIENTALES
731 Emisiones normalizadas
Muchas naciones desarrolladas que tienen poliacuteticas concernientes a la degradacioacuten
ambiental han formulado una serie de normas acerca de las emisiones para elevar la
calidad del aire a traveacutes de sus paiacuteses Estas medidas usualmente se representan en la forma
de capas de emisioacuten donde un cierto nivel de polucioacuten es permitido por la ley y maacutes allaacute de
este se toma alguna medida punitiva
732 Impuestos de emisioacuten
Muchos paiacuteses han desincentivado la construccioacuten y operacioacuten de plantas de potencia
polucionales tomando en cuenta impuestos sobre emisiones entre maacutes emisiones se
168
presentan en la atmoacutesfera se deben pagar maacutes impuestos La reduccioacuten de las emisiones a
un nivel oacuteptimo puede no ser el eacutexito primario de los impuestos sin embargo se elevan las
rentas estatales que pueden ser usadas para prevenir o controlar otros dantildeos al medio
ambiente o para implementar fuentes de energiacutea limpia
733 Raacutepida aprobacioacuten de proyectos ambientales
Esta poliacutetica se da para incentivar los proyectos energeacuteticos renovables en la medida en
que los proyectos son maacutes raacutepidamente aprobados maacutes raacutepido se puede comenzar a
construir y obtener beneficios
74 PROGRAMAS VOLUNTARIOS
741 Eliminacioacuten de subsidios para el combustible convencional
Muchos gobiernos subsidian en una forma u otra el combustible convencional como Diesel
Esos subsidios bajan artificialmente los costos asociados con generacioacuten de potencia
convencional Eliminando estos subsidios la energiacutea renovable seraacute maacutes competitiva y en
algunos casos menos costosa que la convencional
75 PAIacuteSES EN LOS QUE SE ESTIMULA EL USO DE ENERGIacuteA EOacuteLICA Y TIPO
DE ESTIacuteMULO25
bull Alemania Subsidios financiacioacuten subsidian en efectivo y precios preferenciales
depreciacioacuten acelerada reducciones y exenciones sobre los costos del inversor
rebajas en impuestos
25 OROZCO P Andreacutes Viabilidad teacutecnica y econoacutemica de la instalacioacuten de granjas eoacutelicas para suministro deenergiacutea eleacutectrica en Colombia p 97 Bogotaacute DC 1999 Trabajo de grado (Ingeniero Eleacutectrico) Universidadde los Andes Facultad de Ingenieriacutea Eleacutectrica
169
bull Argentina Presenta como incentivos fiscales la renuncia a los deberes de
importacioacuten
bull Brasil Exencioacuten de los impuestos temporales ademaacutes otorga creacuteditos a la
produccioacuten
bull Canadaacute Incentivos a los impuestos de inversioacuten
bull China Reduccioacuten de los deberes tributarios del inversionista reembolso de los
impuestos de renta y aprobacioacuten raacutepida de los proyectos ambientales
bull Dinamarca Subsidios en parte de los costos creacuteditos subsidios en efectivo
ademaacutes se presentan impuestos al carboacuten
bull Estados Unidos Creacuteditos de inversioacuten creacuteditos en efectivo a la produccioacuten con
respecto al medio ambiente se tienen en cuenta impuestos a la emisioacuten
bull Filipinas Exenciones en deberes a los inversionistas
bull Francia Como regulaciones ambientales el paiacutes cuenta con impuestos a las
emisiones
bull Gran Bretantildea Contratos a largo teacutermino
bull Holanda Depreciacioacuten acelerada impuestos al carboacuten
bull Indonesia Subsidios de capital
bull Italia Precio preferencial contratos a largo teacutermino
bull Japoacuten Impuestos a la emisioacuten
bull Meacutexico Depreciacioacuten acelerada
76 REGULACIOacuteN DE LAS ENERGIacuteAS ALTERNATIVAS EN COLOMBIA
En Colombia se promueve y se estimula el uso de fuentes alternativas de energiacutea por
medio de las disposiciones que adopta el gobierno nacional a traveacutes de sus entidades
gubernamentales de la siguiente manera
170
761 Ley 697 de octubre de 2001
LeyNo Proyecto De Ley Autor Ponentes
697Mediante el cual se fomenta el uso racional y eficientede la energiacutea se promueve la utilizacioacuten de energiacuteas
alternativas y se dictan otras disposiciones
SamuelMorenoRojas
Manuel GuillermoInfante Hugo Serrano
German Rojas
Esta ley a traveacutes de los artiacuteculos 1deg 2deg 4deg 7deg 9deg y 10deg promueve el uso racional de
energiacutea como la utilizacioacuten de las fuentes renovables Asiacute
Artiacuteculo 1deg Declaacuterase el Uso Racional y Eficiente de la Energiacutea (URE) como un asunto de
intereacutes social puacuteblico y de conveniencia nacional fundamental para asegurar el
abastecimiento energeacutetico pleno y oportuno la competitividad de la economiacutea colombiana
la proteccioacuten al consumidor y la promocioacuten del uso de energiacuteas no convencionales de
manera sostenible con el medio ambiente y los recursos naturales
Artiacuteculo 2deg El Estado debe establecer las normas e infraestructura necesarias para el cabal
cumplimiento de la presente ley creando la estructura legal teacutecnica econoacutemica y
financiera necesaria para lograr el desarrollo de proyectos concretos URE a corto
mediano y largo plazo econoacutemica y ambientalmente viables asegurando el desarrollo
sostenible al tiempo que generen la conciencia URE y el conocimiento y utilizacioacuten de
formas alternativas de energiacutea
Artiacuteculo 4deg Entidad responsable El Ministerio de Minas y Energiacutea seraacute la entidad
responsable de promover organizar asegurar el desarrollo y el seguimiento de los
programas de uso racional y eficiente de la energiacutea de acuerdo a lo dispuesto en la presente
ley y cuyo objetivo es
1 Promover y asesorar los proyectos URE presentados por personas naturales o
juriacutedicas de derecho puacuteblico o privado de acuerdo con los lineamientos del
programa de Uso Racional y Eficiente de la Energiacutea y demaacutes formas de energiacutea no
convencionales (PROURE) estudiando la viabilidad econoacutemica financiera
tecnoloacutegica y ambiental
2 Promover el uso de energiacuteas no convencionales dentro del programa de Uso
Racional y Eficiente de la Energiacutea y demaacutes formas de Energiacutea no Convencionales
(PROURE) estudiando la viabilidad tecnoloacutegica ambiental y econoacutemica
171
Artiacuteculo 7deg Estiacutemulos y sanciones
1 Para la investigacioacuten El Gobierno Nacional propenderaacute por la creacioacuten de
programas de investigacioacuten en el Uso Racional y Eficiente de la Energiacutea a traveacutes de
Colciencias seguacuten lo establecido en la Ley 29 de 1990 y el Decreto 393 de 1991
2 Para la educacioacuten El Icetex beneficiaraacute con el otorgamiento de preacutestamos a los
estudiantes que quieran estudiar carreras o especializaciones orientados en forma
especiacutefica a aplicacioacuten en el campo URE
3 Reconocimiento Puacuteblico El Gobierno Nacional crearaacute distinciones para personas
naturales o juriacutedicas que se destaquen en el aacutembito nacional en aplicacioacuten del URE
las cuales se otorgaraacuten anualmente El Ministerio de Minas y Energiacutea daraacute amplio
despliegue a los galardonados en los medios de comunicacioacuten maacutes importantes del
paiacutes
4 Generales El Gobierno Nacional estableceraacute los incentivos e impondraacute las
sanciones de acuerdo con el programa de uso racional y eficiente de la energiacutea y
demaacutes formas de energiacutea no convencionales de acuerdo a las normas legales
vigentes
Artiacuteculo 9deg Promocioacuten del uso de fuentes no convencionales de energiacutea El Ministerio de
Minas y Energiacutea formularaacute los lineamientos de las poliacuteticas estrategias e instrumentos para
el fomento y la promocioacuten de las fuentes no convencionales de energiacutea con prelacioacuten en las
zonas no interconectadas
Artiacuteculo 10degdegdegdeg El Gobierno Nacional a traveacutes de los programas que se disentildeen incentivaraacute y
promoveraacute a las empresas que importen o produzcan piezas calentadores paneles solares
generadores de biogaacutes motores eoacutelicos yo cualquier otra tecnologiacutea o producto que use
como fuente total o parcial las energiacuteas no convencionales ya sea con destino a la venta
directa al puacuteblico o a la produccioacuten de otros implementos orientados en forma especiacutefica a
proyectos en el campo URE de acuerdo a las normas legales vigentes
762 Ley 223 de diciembre de 1995
Ley No Entidad Emisora Fecha
223 Congreso de la Repuacuteblica Diciembre 20 de 1995
172
Con esta ley a traveacutes de su artiacuteculo 4to se excluye del impuesto de valor agregado (IVA) a
equipos destinados a promover las energiacuteas renovables Asiacute
Articulo 4deg Bienes excluidos del impuesto Quedan excluidos del IVA los siguientes
bienes
Numeral 4 Los equipos y elementos nacionales o importados que se destinen a la
construccioacuten instalacioacuten montaje y operacioacuten de sistemas de control y monitoreo
necesarias para el cumplimiento de las disposiciones regulaciones y estaacutendares ambientales
vigentes para la cual deberaacute acreditarse tal condicioacuten ante el Ministerio del Medio
Ambiente
763 Decreto 2532 de noviembre de 2001
Decreto No Entidad Emisora Fecha
2532 Ministerio de Hacienda y Creacutedito Publico Noviembre 27 de 2001
Este decreto al igual que la ley 223 de 1995 a traveacutes de los artiacuteculos 1deg 2deg 3deg y 4deg
excluye del impuesto de valor agregado (IVA) a los equipos de energiacuteas alternativas Asiacute
Artiacuteculo 1ordm Requisitos para solicitar la exclusioacuten de Impuesto sobre las Ventas El
Ministerio del Medio Ambiente mediante resolucioacuten estableceraacute la forma y requisitos como
han de presentarse a su consideracioacuten las solicitudes de calificacioacuten de que tratan los
artiacuteculos 424-5 numeral 4ordm y 428 literal f del Estatuto Tributario con miras a obtener la
exclusioacuten de Impuesto sobre las ventas correspondiente
Artiacuteculo 2ordm Definicioacuten de sistema de control ambiental sistema de monitoreo ambiental y
programa ambiental Para efectos de lo dispuesto en el artiacuteculo 424-5 numeral 4 y 428
literal f del Estatuto Tributario se adoptan las siguientes definiciones
1 Sistema de control ambiental Es el conjunto ordenado de equipos elementos o
maquinaria nacionales o importados seguacuten sea el caso que se utilizan para el
desarrollo de acciones destinadas al logro de resultados medibles y verificables de
disminucioacuten de la demanda de recursos naturales renovables o de prevencioacuten yo
reduccioacuten del volumen yo mejoramiento de la calidad de residuos liacutequidos
173
emisiones atmosfeacutericas o residuos soacutelidos Los sistemas de control pueden darse al
interior de un proceso o actividad productiva lo que se denomina control ambiental
en la fuente yo al finalizar el proceso productivo en cuyo caso se hablaraacute de
control ambiental al final del proceso
2 Sistema de monitoreo ambiental Es el conjunto sistemaacutetico de elementos
equipos o maquinaria nacionales o importados seguacuten sea el caso destinados a la
obtencioacuten verificacioacuten o procesamiento de informacioacuten sobre el estado calidad o
comportamiento de los recursos naturales renovables variables o paraacutemetros
ambientales vertimientos residuos yo emisiones
3 Programa ambiental Es el conjunto de acciones orientadas al desarrollo de los
planes y poliacuteticas ambientales nacionales previstas en el Plan Nacional de
Desarrollo yo formuladas por el Ministerio del Medio Ambiente asiacute como tambieacuten
las que correspondan a la implementacioacuten de los planes ambientales regionales
definidos por las autoridades ambientales Dichas acciones deben ajustarse a los
objetivos de los sistemas de control y monitoreo ambiental definidos conforme con
el presente decreto
Artiacuteculo 3ordm Elementos o equipos que son objeto del beneficio tributario previsto en el
artiacuteculo 424-5 numeral 4ordm El Ministerio del Medio Ambiente certificaraacute en cada caso los
elementos equipos y maquinaria que de conformidad con el artiacuteculo 424-5 numeral 4 del
Estatuto Tributario esteacuten destinados a la construccioacuten instalacioacuten montaje y operacioacuten de
sistemas de control y monitoreo ambiental para el cumplimiento de las disposiciones
regulaciones y estaacutendares ambientales vigentes
Artiacuteculo 4ordm Exclusioacuten del IVA en aplicacioacuten del artiacuteculo 428 literal f del Estatuto
Tributario El Ministerio del Medio Ambiente certificaraacute en cada caso que la maquinaria y
equipo a que hace referencia el artiacuteculo 428 literal f del Estatuto Tributario sea destinada a
sistemas de control ambiental y especiacuteficamente a reciclar y procesar basuras o
desperdicios (la maquinaria comprende lavado separado reciclado y extrusioacuten) para la
depuracioacuten o tratamiento de aguas residuales emisiones atmosfeacutericas o residuos soacutelidos
para recuperacioacuten de los riacuteos o el saneamiento baacutesico para lograr el mejoramiento del
medio ambiente siempre y cuando hagan parte de un programa que se apruebe por el
174
Ministerio del Medio Ambiente asiacute como sobre los equipos para el control y monitoreo
ambiental incluidos aquellos para cumplir los compromisos del Protocolo de Montreal
8 CONCLUSIONES
Gracias a la realizacioacuten del presente trabajo se pudo determinar que la utilizacioacuten de la
energiacutea eoacutelica para la generacioacuten de energiacutea eleacutectrica en zonas donde exista el potencial
eoacutelico suficiente en todo el territorio nacional es una alternativa que puede ser confiable
desde el punto de vista teacutecnico para las zonas apartadas del paiacutes que no esteacuten conectadas al
sistema interconectado nacional Esto se debe a que el desarrollo constante de la tecnologiacutea
hace que los sistemas conversores de energiacutea eoacutelica sean cada vez maacutes eficientes
Se determinoacute un lugar especiacutefico en el cual se aplicoacute la utilizacioacuten de la energiacutea eoacutelica
dicho lugar fue la Vereda Tibista zona rural del Municipio de Saboyaacute ubicado en el
departamento de Boyacaacute se encontroacute que esta zona presenta un potencial eoacutelico suficiente
del orden de 57ms lo que hace posible la instalacioacuten de un aerogenerador de 15kW con
respaldo de un banco de bateriacuteas Se dejoacute un sistema flexible el cual pueda estar sometido a
futuras ampliaciones o conexiones de equipos agriacutecolas como lo son equipos de ordentildeo
para ganado sistemas automaacuteticos de riego bebedores automaacuteticos para ganado
invernaderos motosierras etc Todo esto con el fin de tener autosuficiencia es decir que
se pueda generar su propia energiacutea eleacutectrica
Dentro del desarrollo del trabajo se encontroacute un buen nuacutemero de fabricantes
internacionales de aerogeneradores de baja potencia principalmente en Estados Unidos y
Espantildea En Colombia existen empresas como AQUAIRE ECOPRODUCTOS COHISCOL
LTDA que se dedican a la importacioacuten de estos equipos para todo el territorio nacional
Desde el punto de vista econoacutemico el proyecto no es atractivo para este lugar especifico
debido al bajo costo del kWh que suministra EBSA Este proyecto seriacutea maacutes rentable si se
realizara en zonas no interconectadas comparaacutendolo con otras alternativas como los es la
177
generacioacuten con un equipo diesel o haciendo la comparacioacuten con el costo que se generariacutea
tender redes del sistema de transmisioacuten nacional
En el estudio econoacutemico realizado al sistema conversor de energiacutea eoacutelica se tuvieron en
cuenta tres alternativas de inversioacuten diferentes tomando en cuenta ciertos aspectos como
una inversioacuten inicial baja y una financiacioacuten a 24 36 y 60 meses del valor restante de los
equipos a traveacutes de una entidad bancaria
Escogiendo asiacute la alternativa maacutes econoacutemica y rentable esto con el fin de plantear una
solucioacuten para un posible inversionista y dejar en claro que la opcioacuten de generar energiacutea
eleacutectrica a traveacutes de un sistema conversor de energiacutea eoacutelica es tambieacuten una solucioacuten
factible A pesar de las caracteriacutesticas anteriores resultariacutea maacutes rentable si se tuviera un
aerogenerador de mayor capacidad y se conectaran varios usuarios a dicho sistema
El mercado y las nuevas tecnologiacuteas asiacute como la necesidad de un futuro en que la
generacioacuten de energiacutea eleacutectrica sea una industria que no termine con los recursos naturales
y por otra parte aporte a la conservacioacuten del medio ambiente hace que los paiacuteses
desarrollados se fortalezcan en perfeccionar las tecnologiacuteas de fabricacioacuten de los sistemas
conversores de energiacutea eoacutelica y por ende sea maacutes factible econoacutemicamente su aplicacioacuten en
paiacuteses en proceso de desarrollo tecnoloacutegicamente como lo es Colombia Por todo ello se
logra cumplir el objetivo primordial que se busca en la presentacioacuten de este proyecto
suministrar de manera eficaz en la vereda Tibista zona rural de Saboyaacute energiacutea eleacutectrica
por medio de un aerogenerador de baja potencia sin alterar el ecosistema natural
Ademaacutes se tiene que Colombia en su marco regulatorio de las energiacuteas renovables cuenta
con ciertas leyes como lo son la ley 697 de octubre de 2001 223 de diciembre de 1995 y
el decreto 2532 de noviembre de 2001 que fomentan el uso racional de energiacutea y permiten
la exencioacuten del pago de algunos impuestos sobre la importacioacuten de equipos que esteacuten
destinados a instalaciones que utilicen energiacuteas alternativas
177
Es necesario que el gobierno tome medidas para la disminucioacuten del costo de importacioacuten de
materiales para los diferentes tipos de energiacutea alternativa buscando ofrecer al paiacutes nuevas
opciones de uso y aprovechamiento de energiacuteas limpias
Tambieacuten se establecioacute que el aumento progresivo y creacioacuten de nuevos impuestos no
convierte en una oportunidad viable la importacioacuten de nuevas alternativas en el sector
eleacutectrico por el contrario ello dificulta y atrasa la utilizacioacuten de fuentes renovables en el
paiacutes creando un riesgo en el beneficio de dichas fuentes Sin embargo se espera que en el
transcurrir del tiempo esta tecnologiacutea se expanda y evolucione reduciendo los costos de
fabricacioacuten y se logre que la importacioacuten del producto ya terminado como de las materias
primas sea maacutes atractiva haciendo posible en un futuro la fabricacioacuten y ensamblaje en el
paiacutes
9 RECOMENDACIONES
Para determinar la viabilidad teacutecnica en un sitio determinado es necesario realizar las
mediciones a nivel vertical sobre dicho sitio mas exactamente a 10m de la superficie como
miacutenimo ya que la velocidad del viento varia con la altura y con la posicioacuten de obstaacuteculos
alrededor del lugar Ademaacutes implementar el desarrollo de programas de valorizacioacuten del
recurso eoacutelico en lugares donde sea viable el estudio logrando asiacute una posible
implementacioacuten de los sistemas conversores de energiacutea eoacutelica tanto para generar energiacutea
eleacutectrica como para sistemas de aerobombeo
Utilizar fuentes no convencionales de energiacutea como lo puede ser la energiacutea eoacutelica la
energiacutea solar la biomasa etc para electrificar zonas donde la red eleacutectrica no exista por su
alto costo o por su difiacutecil acceso tambieacuten se recomienda utilizar estas fuentes de energiacutea en
sistemas donde es importante tener una continuidad en el servicio como por ejemplo
sistemas de comunicaciones y microondas
Buscar por medio de los gobiernos municipales departamentales y del gobierno nacional
la eliminacioacuten de impuestos estos por lo menos durante la mitad de la vida uacutetil del
aerogenerador ya que ello ayudariacutea a disponer de creacuteditos blandos para una futura
implementacioacuten Estas liacuteneas de creacutedito y financiacioacuten deben ser a largo plazo y un intereacutes
maacutes bajo que el manejado a nivel bancario logrando asiacute hacer una recuperacioacuten de capital
maacutes pronto y por ello haciendo maacutes llamativa la inversioacuten
Crear programas de investigacioacuten con otras facultades o entidades gubernamentales que
permitan realizar proyectos enfocados hacia la preservacioacuten de los recursos no renovables y
del medio ambiente utilizando las energiacuteas no convencionales
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Anexo 2 Ubicacioacuten geograacutefica de la estacioacuten metereoloacutegicaldquoALTO SABOYAacuterdquo
Anexo 3 Regiacutemenes de vientos de la estacioacuten ldquoALTO SABOYAacuterdquo de antildeos anteriores a 1997
Anexo 4 Tarifas de energiacutea eleacutectrica para Boyacaacute y Casanare durante el mes de mayo de 2002
RANGO DE Subsidio (-) oacute NIVEL DE TENSION
ESTRATO CONSUMO TARIFA CU(1) Contribucioacuten (2) CONCEPTO TARIFA Contribucioacuten (2) TARIFA Subsidio1 Entre 1 y 200 kWh 11287 22574 -50 NIVEL DE TENSION 1 (menor a 1 kilovoltio)
(Bajo Bajo) Mayor de 200 kWh 22574 22574 0 ACTIVA PLANA (00 a 24 horas) 27088 20 22574 02 Entre 1 y 200 kWh 13544 22574 -40 - Distritos o Asociaciones de Riego -- -- 11287 -50
(Bajo) Mayor de 200 kWh 22574 22574 0 ACTIVA DIFERENCIAL DOBLE (Una Punta)3 Entre 1 y 200 kWh 19188 22574 -15 - Horas Punta (17 a 21 horas) 32968 20 27473 0
(Medio Bajo) Mayor de 200 kWh 22574 22574 0 - Horas Fuera de Punta (00 a 17 y 21 a 24 horas) 24605 20 20504 04 ACTIVA DIFERENCIAL DOBLE (Dos Puntas)
(Medio) - Horas Punta (09 a 12 y 18 a 21 horas) 29355 20 24462 05 - Horas Fuera de Punta (00 a 09 12 a 18 y 21 a 24 horas) 24880 20 20734 0
(Medio Alto) ACTIVA DIFERENCIAL TRIPLE6 - Horas Demanda Miacutenima (00 a 05 horas) 22823 20 19019 0
(Alto) - Horas Demanda Media (05 a 17 y 21 a 24 horas) 25199 20 20999 0- Horas Demanda Maacutexima (17 a 21 horas) 32968 20 27473 0
RANGO DE Subsidio (-) oacute REACTIVA (00 a 24 horas) 27088 20 22574 0 ESTRATO CONSUMO TARIFA CU(1) Contribucioacuten (2) NIVEL DE TENSION 2 (entre 1 y 30 kilovoltios)
1 2 3 y 4 Mayor de 0 kWh 22574 22574 0 ACTIVA PLANA (00 a 24 horas) 21208 20 17674 0 5 y 6 Mayor de 0 kWh 27088 22574 20 - Distritos o Asociaciones de Riego -- -- 8837 -50
ACTIVA DIFERENCIAL DOBLE (Una Punta)COMPONENTES DEL COSTO UNITARIO DE PRESTACION DEL SERVICIO - Horas Punta (17 a 21 horas) 23778 20 19815 0
- Horas Fuera de Punta (00 a 17 y 21 a 24 horas) 20199 20 16832 0ACTIVA DIFERENCIAL DOBLE (Dos Puntas)- Horas Punta (09 a 12 y 18 a 21 horas) 22458 20 18715 0
Concepto Nivel Tensioacuten 1 2 3 4 - Horas Fuera de Punta (00 a 09 12 a 18 y 21 a 24 horas) 20241 20 16868 0 Generacioacuten G mt 5785 5785 5785 5785 ACTIVA DIFERENCIAL TRIPLE Transmisioacuten T mtz 1569 1569 1569 1569 - Horas Demanda Miacutenima (00 a 05 horas) 18878 20 15732 0 Peacuterdidas Reconocidas PR nt 1475 710 506 353 - Horas Demanda Media (05 a 17 y 21 a 24 horas) 20639 20 17199 0 Distribucioacuten D nm 8360 4170 2407 1070 - Horas Demanda Maacutexima (17 a 21 horas) 23778 20 19815 0 Otros Costos O mt 1358 1358 1358 1358 REACTIVA (00 a 24 horas) 21208 20 17674 0 Comercializacioacuten C mt 4229 4229 4229 4229 NIVEL DE TENSION 3 (entre 30 y 62 kilovoltios)
Costo Unitario CU nmt 22574 17674 15740 14281 ACTIVA PLANA (00 a 24 horas) 18888 20 15740 0ACTIVA DIFERENCIAL DOBLE (Una Punta) Horas Punta (17 a 21 horas) 20777 20 17314 0 Horas Fuera de Punta (00 a 17 y 21 a 24 horas) 18122 20 15102 0ACTIVA DIFERENCIAL DOBLE (Dos Puntas)
Horas Punta (09 a 12 y 18 a 21 horas) 19747 20 16456 0
Oficina Atencioacuten al Cliente Tunja 9800 918710 Horas Fuera de Punta (00 a 09 12 a 18 y 21 a 24 horas) 18171 20 15142 0
Oficina Atencioacuten al Cliente Yopal 9800 912870 ACTIVA DIFERENCIAL TRIPLE
Oficina Atencioacuten al Cliente Sogamoso 9800 918730 Horas Demanda Miacutenima (00 a 05 horas) 17709 20 14758 0
Oficina Atencioacuten al Cliente Duitama 9800 918720 Horas Demanda Media (05 a 17 y 21 a 24 horas) 18226 20 15188 0
Oficina Atencioacuten al Cliente Chiquinquiraacute 9800 918740 Horas Demanda Maacutexima (17 a 21 horas) 20777 20 17314 0
Oficina Atencioacuten al Cliente Pto Boyacaacute 9801 918750 REACTIVA (00 a 24 horas) 18888 20 15740 0
EMPRESA DE ENERGIacuteA DE BOYACAacute S A E S PTARIFAS DE ENERGIA ELECTRICA
APLICABLES A CONSUMOS EN EL MERCADO REGULADO DE BOYACA Y CASANARE DURANTE EL MES DE MAYO DE 2002
SECTOR RESIDENCIAL SECTOR NO RESIDENCIAL
PESOSKILOVATIO-HORA COMERCIAL E INDUSTRIAL OFICIAL Y ESPECIAL
Mayor de 0 kWh 22574 22574 0
Mayor de 0 kWh 27088 22574 20
Mayor de 0 kWh 27088 22574 20
AREAS COMUNESPESOSKILOVATIO-HORA
Vig
ilada
Sup
erin
tend
ecia
de
Serv
icio
s P
uacuteblic
os D
omic
ilari
os
(3) Para el Sector No Residencial el CU nmt es igual a la Tarifa Oficial en la Opcioacuten Tarifaria yo Franja Horaria
Caacutelculo Conforme a Resoluciones CREG 031 y 079 de 1997 116 de 2000 112 y 159 de 2001 (1) Costo Unitario de Prestacioacuten del Servicio (2) Factor de Contribucioacuten sobre el CU nmt al Fondo de Solidaridad y Redistribucioacuten de Ingresos
C UG T
P RD O Cn m t
m t m t z
n tn m m t m t
( )= +
minus+ + +
1
EVOLUCION MENSUAL DEL CPS CLIENTES REGULADOSDiciembre 2000 CUmt
NIVEL Gmt Tmtz Dnm Omt Cmt Calculado Variacioacuten
I 44919821 11366156 79556569 29462014 29900037 000
II 44919821 11366156 38888327 29462014 29900037 000
III 44919821 11366156 22444137 29462014 29900037 000
IV 44919821 11366156 9979921 29462014 29900037 000
Enero 2001 CUmt
NIVEL Gmt Tmtz Dnm Omt Cmt Calculado Variacioacuten
I 45874203 10375163 78465258 29994350 33663141 086
II 45874203 10375163 38746256 29994350 33663141 259
III 45874203 10375163 22362142 29994350 33663141 296
IV 45874203 10375163 9943461 29994350 33663141 331
Febrero 2001 CUmt
NIVEL Gmt Tmtz Dnm Omt Cmt Calculado Variacioacuten
I 47257800 11077231 79872648 29042251 34016237 244
II 47257800 11077231 39441227 29042251 34016237 406
III 47257800 11077231 22763239 29042251 34016237 438
IV 47257800 11077231 10121812 29042251 34016237 132
Marzo 2001 CUmt
NIVEL Gmt Tmtz Dnm Omt Cmt Calculado Variacioacuten
I 48986379 12061200 81293190 27188267 34660651 408
II 48986379 12061200 40142693 27188267 34660651 146
III 48986379 12061200 23168086 27188267 34660651 139
IV 48986379 12061200 10301829 27188267 34660651 133
Abril 2001 CU mt
NIVEL G mt T mtz D nm O mt C mt Calculado Variacioacuten
I 50039414 10789328 82069228 20111691 35173462 -281
II 50039414 10789328 40525902 20111691 35173462 -242
III 50039414 10789328 23389252 20111691 35173462 -307
IV 50039414 10789328 10400172 20111691 35173462 -240
Mayo 2001 CU mt
NIVEL G mt T mtz D nm O mt C mt Calculado Variacioacuten
I 51012094 11708212 83246437 16797767 35577085 -259
II 51012094 11708212 41107209 16797767 35577085 -260
III 51012094 11708212 23724750 16797767 35577085 -041
IV 51012094 11708212 10549353 16797767 35577085 -301
Junio 2001 CU mt
NIVEL G mt T mtz D nm O mt C mt Calculado Variacioacuten
I 51866974 11156097 83930402 15508129 35727023 -264
II 51866974 11156097 41444952 15508129 35727023 -289
III 51866974 11156097 23919676 15508129 35727023 -085
IV 51866974 11156097 10636028 15508129 35727023 -058
Julio 2001 CU mt
NIVEL G mt T mtz D nm O mt C mt Calculado Variacioacuten
I 52180336 11670543 83831753 21308814 35741476 048
II 52180336 11670543 41396239 21308814 35741476 114
III 52180336 11670543 23891561 21308814 35741476 382
IV 52180336 11670543 10623527 21308814 35741476 463
Agosto 2001 CU mt
NIVEL G mt T mtz D nm O mt C mt Calculado Variacioacuten
I 52683151 11389505 83785717 25743688 35780356 266
II 52683151 11389505 41373506 25743688 35780356 398
III 52683151 11389505 23878441 25743688 35780356 317IV 52683151 11389505 10617693 25743688 35780356 351
Septiembre-01 CU mtNIVEL G mt T mtz D nm O mt C mt Calculado Variacioacuten
I 53248511 870 10993397 -885 84035627 337 25961599 -451 35873533 350 302
II 53248511 107 10993397 -348 41496912 030 25961599 085 35873533 026 036
III 53248511 107 10993397 -348 23949664 030 25961599 085 35873533 026 037IV 53248511 107 10993397 -348 10649363 030 25961599 085 35873533 026 037
Octubre-01 CU mtNIVEL G mt T mtz D nm O mt C mt Calculado Variacioacuten
I 53740843 092 11488452 450 84114546 009 22905985 -1177 36006723 037 519
II 53740843 201 11488452 087 41535883 009 22905985 -1102 36006723 037 -106
III 53740843 201 11488452 087 23972156 009 22905985 -1102 36006723 037 -121IV 53740843 201 11488452 087 10659364 009 22905985 -1102 36006723 037 -136
Noviembre-01 CU mtNIVEL G mt T mtz D nm O mt C mt Calculado Variacioacuten
I 54969891 229 11371207 -102 83765987 -041 16196000 -2929 36072371 018 -259
II 54969891 229 11371207 -102 41363764 -041 16196000 -2929 36072371 018 -329
III 54969891 229 11371207 -102 23872819 -041 16196000 -2929 36072371 018 -368IV 54969891 229 11371207 -102 10615193 -041 16196000 -2929 36072371 018 -404
Diciembre-01 CU mtNIVEL G mt T mtz D nm O mt C mt Calculado Variacioacuten
I 54493122 -087 11945663 505 83667338 -012 10293558 -3644 36114531 012 -525
II 54493122 -087 11945663 505 41315051 -012 10293558 -3644 36114531 012 -669
III 54493122 -087 11945663 505 23844704 -012 10293558 -3644 36114531 012 -749IV 54493122 -087 11945663 505 10602692 -012 10293558 -3644 36114531 012 -824
EVOLUCION MENSUAL DEL CPS CLIENTES REGULADOSDiciembre-01 CU mt
NIVEL G mt T mtz D nm O mt C mt Calculado Variacioacuten
I 54493122 11945663 83667338 10293558 36114531 II 54493122 11945663 41315051 10293558 36114531 III 54493122 11945663 23844704 10293558 36114531 IV 54493122 11945663 10602692 10293558 36114531
Enero 2002 CUmt
NIVEL Gmt Tmtz Dnm Omt Cmt Calculado Variacioacuten
I 55408548 168 11428968 -433 82226014 -172 8301668 -1935 40772331 1290 081
II 55408548 168 11428968 -433 41017642 -072 8301668 -1935 40772331 1290 176
III 55408548 168 11428968 -433 23673057 -072 8301668 -1935 40772331 1290 208
IV 55408548 168 11428968 -433 10526368 -072 8301668 -1935 40772331 1290 239
Febrero 2002 CUmt
NIVEL Gmt Tmtz Dnm Omt Cmt Calculado Variacioacuten
I 56306160 162 15364140 3443 82580492 043 9419452 1346 41097439 080 356
II 56306160 162 15364140 3443 41194470 043 9419452 1346 41097439 080 421
III 56306160 162 15364140 3443 23775112 043 9419452 1346 41097439 080 464
IV 56306160 162 15364140 3443 10571747 043 9419452 1346 41097439 080 504
Marzo 2002 CUmt
NIVEL Gmt Tmtz Dnm Omt Cmt Calculado Variacioacuten
I 56372387 012 16350737 642 82831849 030 11970285 2708 41613252 210
II 56372387 012 16350737 642 41319857 030 11970285 2708 41613252 256
III 56372387 012 16350737 642 23847478 030 11970285 2708 41613252 284
IV 56372387 012 16350737 642 10603925 030 11970285 2708 41613252 310
Abril de 2002 CU mt
NIVEL G mt T mtz D nm O mt C mt Calculado Variacioacuten
I 55332060 -185 15490183 -526 83283003 054 12763344 663 41907335 071 -031
II 55332060 -185 15490183 -526 41544911 054 12763344 663 41907335 071 213
III 55332060 -185 15490183 -526 23977366 054 12763344 663 41907335 071 231
IV 55332060 -185 15490183 -526 10661681 054 12763344 663 41907335 071 765
Mayo de 2002 CU mt
NIVEL G mt T mtz D nm O mt C mt Calculado Variacioacuten
I 57854106 456 15692856 131 83598810 038 13575945 637 42289963 091 181
II 57854106 456 15692856 131 41702448 038 13575945 637 42289963 091 466
III 57854106 456 15692856 131 24068288 038 13575945 637 42289963 091 271
IV 57854106 456 15692856 131 10702110 038 13575945 637 42289963 091 1080
Junio 2002 CU mt
NIVEL G mt T mtz D nm O mt C mt Calculado Variacioacuten
I 0000000 -10000
II 0000000 -10000
III 0000000 -10000
IV 0000000 -10000
Julio 2002 CU mt
NIVEL G mt T mtz D nm O mt C mt Calculado Variacioacuten
I 0000000 -10000
II 0000000 -10000
III 0000000 -10000
IV 0000000 -10000
Agosto 2002 CU mt
NIVEL G mt T mtz D nm O mt C mt Calculado Variacioacuten
I 0000000 -10000
II 0000000 -10000
III 0000000 iexclDIV0IV 0000000 iexclDIV0
Septiembre-02 CU mtNIVEL G mt T mtz D nm O mt C mt Calculado Variacioacuten
I 0000000 -10000
II 0000000 iexclDIV0
III 0000000 iexclDIV0IV 0000000 iexclDIV0
Octubre-02 CU mtNIVEL G mt T mtz D nm O mt C mt Calculado Variacioacuten
I 0000000 -10000
II 0000000 iexclDIV0
III 0000000 iexclDIV0IV 0000000 iexclDIV0
Noviembre-02 CU mtNIVEL G mt T mtz D nm O mt C mt Calculado Variacioacuten
I 0000000 iexclDIV0
II 0000000 iexclDIV0
III 0000000 iexclDIV0IV 0000000 iexclDIV0
Diciembre-02 CU mtNIVEL G mt T mtz D nm O mt C mt Calculado Variacioacuten
I 0000000 iexclDIV0
II 0000000 iexclDIV0
III 0000000 iexclDIV0IV 0000000 iexclDIV0
Anexo 6 Corporaciones autoacutenomas regionales de Colombia
Anexo 7 Formulario para la solicitud de licencia ambiental
Anexo 1 Ubicacioacuten geograacutefica de la vereda Tibista
Anexo 5 Flujos de fondos para la alternativa escogida
- Factibilidad teacutecnica y econoacutemica para el suministro de energiacutea eleacutectrica en zona rural de Saboyaacute departamento de Boyacaacute por medio de aerogeneracioacuten a baja potencia
-
- Citacioacuten recomendada
-
- FACTIBILIDAD TECNICA Y ECONOMICA PARA EL SUMINISTRO DE ENERGIA ELECTRICA EN ZONA RURAL DE SABOYAacute DEPARTAMENTO DE BOYACA POR
-
CONTENIDO
paacuteg
LISTA DE FIGURAS xiii
LISTA DE FOTOS xv
LISTA DE TABLAS xvi
LISTA DE ANEXOS xviii
RESUMEN xix
INTRODUCCIOacuteN xx
PREAacuteMBULO xxi
1 HISTORIA DE LA ENERGIacuteA EOacuteLICA
26
11 EL PIONERO DE LA ENERGIacuteA EOacuteLICA POUL LA COUR 26
111 Los aerogeneradores de La Cour 27
112 La revista de electricidad eoacutelica 27
12 PIONEROS DE LA ENERGIacuteA EOacuteLICA 1940-1950 28
121 Las turbinas de FL Smidth 28
13 PIONEROS DE LA ENERGIacuteA EOacuteLICA 1950 ndash 1980 29
131 Johannes Juul y el aerogenerador de Gedser 29
132 Las turbinas Nibe 31
14 AEROGENERADORES A PARTIR DE LOS 80 31
141 Disentildeos competitivos de turbinas 32
142 La maacutequina Twind 33
143 El gran torrente eoacutelico de California 34
15 INDUSTRIA EOacuteLICA ACTUAL 35
2 RECURSOS EOacuteLICOS 39
21 FUENTE DE LA ENERGIacuteA EOacuteLICA 39
211 Vientos locales vientos de montantildea 40
22 LA ENERGIacuteA EN EL VIENTO DENSIDAD DEL AIRE Y AacuteREA DE
BARRIDO DEL ROTOR 41
221 Densidad del aire 41
222 Aacuterea de barrido del rotor 42
23 LOS AEROGENERADORES DESVIacuteAN EL VIENTO 42
231 Tubo de corriente de aire 43
232 Tubo de corriente de aire ciliacutendrico 43
24 LA POTENCIA DEL VIENTO ES PROPORCIONAL AL CUBO DE LA
VELOCIDAD DEL VIENTO 44
25 MEDICIOacuteN DE LA VELOCIDAD DEL VIENTO ANEMOacuteMETROS 45
26 MEDICIONES DE LA VELOCIDAD DEL VIENTO EN LA PRAacuteCTICA 46
261 Informacioacuten empiacuterica 46
262 Anemoacutemetros totalizadores 47
263 Meacutetodo de correlacioacuten 48
27 RUGOSIDAD DEL TERRENO 49
271 Clase y longitud de rugosidad 49
28 VARIABILIDAD DE LA VELOCIDAD DEL VIENTO 51
281 Variabilidad del viento a corto plazo 51
282 Variaciones diurnas (noche y diacutea) del viento 51
29 OBSTAacuteCULOS AL VIENTO 52
291 Resguardo tras los obstaacuteculos 53
210 EFECTOS ACELERADORES 53
2101 Efecto tuacutenel 53
2102 Efecto de la colina 54
3 ASPECTOS TEOacuteRICOS 57
31 TECNOLOGIacuteA DE AEROGENERADORES 57
311 Eje 57
3111 Aerogeneradores de eje horizontal 57
3112 Aerogeneradores de eje vertical 57
312 Rotor 59
3121 Maacutequinas con rotor a barlovento 59
3122 Maacutequinas con rotor a sotavento 60
313 Nuacutemero de aspas 61
3131 Tripala 61
3132 Bipala (oscilantebasculante) 61
3133 Monopala 63
314 Generador 64
3141 Generadores de corriente continua 64
3142 Generadores de excitacioacuten o siacutencronos 65
3143 Generadores de induccioacuten o asiacutencronos 65
3144 Voltaje generado (tensioacuten) 65
3145 Sistema de refrigeracioacuten 66
3146 Opciones de disentildeo en generadores y conexioacuten a red 66
315 Sistema de transmisioacuten 66
3151 Sistema de transmisioacuten sin engranajes 67
3152 Sistema de transmisioacuten con engranajes 67
316 Torres 67
3161 Torres tubulares de acero 68
3162 Torres de celosiacutea 68
3163 Torres de maacutestil tensadas con cables de acero 69
317 Sistema eleacutectrico 70
3171 Conexioacuten a la red de las turbinas 71
32 EXTRACCIOacuteN DE POTENCIA 72
321 Potencia maacutexima uacutetil extraiacuteda al viento 74
3211 La ley de Betz 74
3212 Demostracioacuten de la ley de Betz 74
4 ANAacuteLISIS TEacuteCNICO 77
41 DETERMINACIOacuteN DEL SITIO 77
411 Saboyaacute (Boyacaacute) 77
412 Vereda Tibista 78
42 METODOLOGIacuteA GENERAL PARA LA REALIZACIOacuteN DEL
PROYECTO 78
421 Estudio del potencial eoacutelico 79
4211 Estacioacuten ldquoAlto Saboyaacuterdquo 79
4212 Anaacutelisis del reacutegimen de vientos 80
422 Modelamiento matemaacutetico para calcular la entrega de energiacutea eoacutelica 84
423 Estimacioacuten del consumo tiacutepico para vivienda rural 86
4231 Caacutelculo de la bomba eleacutectrica 87
424 Anaacutelisis para el desempentildeo del aerogenerador 89
4241 Aerogenerador de 1kW 89
4242 Aerogenerador de 15kW 91
4243 Aerogenerador de 3kW 92
425 Caacutelculo del banco de bateriacuteas 95
426 Caacutelculo del inversor 97
427 Caacutelculo del regulador 98
428 Montaje final del sistema conversor de energiacutea eoacutelica 99
43 MANUAL DE INSTALACIOacuteN OPERACIOacuteN Y MANTENIMIENTO
DEL AEROGENERADOR 102
431 Instalacioacuten 102
4311 Voltaje del sistema 102
4312 Instalacioacuten de la torre (localizacioacuten tipo y altura) 102
4313 Adquirir el tamantildeo del banco de bateriacuteas adecuado 103
4314 Seleccioacuten del lugar para instalar el banco de bateriacuteas 103
4315 Instalar el tablero de control (EZ-WIRE) y el transformador 104
4316 Instalar y conectar el disipador de carga 105
4317 Montar el interruptor de frenado 105
4318 Instalar el inversor y conectarlo al banco de bateriacuteas 106
4319 Instalar los conductores desde el extremo de la torre al transformador y
despueacutes al tablero de control 106
43110 Pruebas eleacutectricas para el aerogenerador 106
43111 Conectar los conductores y montar el aerogenerador en la torre 107
43112 Prueba del cableado del aerogenerador al tablero de control 108
43113 Instalar el timoacuten o cola 110
43114 Instalar las aspas y la nariz 111
43115 Izar la torre siguiendo las instrucciones del fabricante con el interruptor de
frenado en posicioacuten ldquoONrdquo 111
44 OPERACIOacuteN NORMAL 112
441 Controles y caracteriacutesticas del tablero de control 112
4411 Seccioacuten de control 112
4412 Seccioacuten del sistema de monitoreo 112
442 Operacioacuten del regulador automaacutetico de carga 114
4421 Luz indicador de regulacioacuten 114
4422 Posicioacuten de flotacioacuten 114
443 Iniciar el aerogenerador 115
4431 Operacioacuten de la heacutelice del aerogenerador 115
444 Encienda el inversor 115
445 Consumo de electricidad propia 115
45 MANTENIMIENTO 116
451 Mensual 116
4511 Revisar el interruptor de seguridad (para revisar el cableado eleacutectrico) 116
4512 Revisar el estado mecaacutenico observar y escuchar desde la base de la torre 117
4513 Inspeccionar la torre 117
452 Anual 118
4521 Revisar el banco de bateriacuteas 118
4522 Si es necesario realizar la carga de igualacioacuten de la bateriacutea 118
4523 Escalar la torre o bajarla y hacer una revisioacuten mecaacutenica total del
aerogenerador 119
4524 Registro de mantenimiento 119
5 ANAacuteLISIS ECONOacuteMICO 120
51 COSTOS DEL SISTEMA CONVERSOR DE ENERGIacuteA EOacuteLICA 120
511 Costos privados 121
5111 Costo de inversioacuten 121
51111 Costos de montaje 123
5112 Costos de explotacioacuten 124
52 ANAacuteLISIS FINANCIERO DEL PROYECTO 124
521 Anaacutelisis financiero para cada alternativa 126
53 VALOR DEL SERVICIO DE ENERGIacuteA ELEacuteCTRICA ACTUAL 150
54 COSTO DE LA ENERGIacuteA GENERADA CON VIENTO 151
541 Costo de capital 151
542 Costos de operacioacuten y mantenimiento 153
543 Costo de reoposicioacuten de equipos 153
6 CONSIDERACIONES AMBIENTALES 155
61 ASPECTOS POSITIVOS 155
62 BARRERAS 157
621 Impacto Visual 157
622 Ruido 157
623 Uso de terreno 158
63 PROTOCOLO DE KYOTO 158
631 Conferencias sobre la reduccioacuten de gases de efecto invernadero 159
64 MECANISMOS DE DESARROLLO LIMPIO 161
641 Gases de efecto invernadero 161
642 Emisiones de CO2 163
643 Evolucioacuten de los mecanismos de Kyoto en las negociaciones de cambio
climaacutetico 163
65 LICENCIA AMBIENTAL PARA EL PROYECTO 164
7 MARCO LEGAL Y TRIBUTARIO 165
71 INCENTIVOS INTERNACIONALES PARA LA ENERGIacuteA EOacuteLICA 165
711 Incentivos fiscales 165
712 Depreciacioacuten acelerada 165
713 Subsidios 166
714 Pagos en efectivo por kWh 166
715 Exenciones arancelarias 166
716 Renuncia del uso de derechos impuestos de propiedad de la tierra 166
72 FINANCIACIOacuteN 167
73 REGULACIONES AMBIENTALES 167
731 Emisiones normalizadas 167
732 Impuestos de emisioacuten 167
733 Raacutepida aprobacioacuten de proyectos ambientales 168
74 PROGRAMAS VOLUNTARIOS 168
741 Eliminacioacuten de subsidios para el combustible convencional 168
75 PAIacuteSES EN LOS QUE SE ESTIMULA EL USO DE ENERGIacuteA EOacuteLICA
Y TIPO DE ESTIMULO 168
76 REGULACIOacuteN DE LAS ENERGIacuteAS ALTERNATIVAS EN COLOMBIA 169
761 Ley 697 de octubre de 2001 170
762 Ley 223 de diciembre de 1995 171
763 Decreto 2532 de noviembre de 2001 172
8 CONCLUSIONES 175
9 RECOMENDACIONES 178
BIBLIOGRAFIacuteA 179
ANEXOS 182
LISTA DE FIGURAS
paacuteg
Figura 1 El aerogenerador de Gedser 30
Figura 2 Crecimiento de la energiacutea eoacutelica en el mundo 35
Figura 3 Caracterizacioacuten de los vientos en una montantildea 40
Figura 4 Representacioacuten del aacuterea barrida por un rotor 41
Figura 5 Desviacioacuten del viento producida por un aerogenerador 42
Figura 6 Corriente de aire en tubo ciliacutendrico 43
Figura 7 Graacutefica de la relacioacuten de potencia especiacutefica del viento con la velocidad
del viento 44
Figura 8 Anemoacutemetro de cazoletas 45
Figura 9 Anemoacutemetro de recorrido 48
Figura 10 Ejemplo de la variabilidad de la velocidad de viento de un sitio
determinado 51
Figura 11 Ejemplo de la variacioacuten diaria del viento de un sitio determinado 52
Figura 12 Vista lateral de la corriente de viento alrededor de un obstaacuteculo 52
Figura 13 Vista superior de la corriente de aire alrededor de un obstaacuteculo 53
Figura 14 Representacioacuten graacutefica del efecto tuacutenel 54
Figura 15a Representacioacuten graacutefica del efecto de la colina 55
Figura 15b Vista lateral del efecto de la colina 55
Figura 16 Aerogenerador de tres aspas 61
Figura 17a Aerogenerador de dos aspas 62
Figura 17b Aerogenerador de dos aspas con rotor basculante 62
Figura 18a Aerogenerador de una aspa 63
Figura 18b Disposicioacuten del contrapeso de un aerogenerador monopala 63
Figura 19 Disposicioacuten tiacutepica de elementos de un aerogenerador 64
xiii
Figura 20 Caracterizacioacuten del viento para la extraccioacuten de potencia en un
aerogenerador 72
Figura 21 Potencia maacutexima extraiacuteda del viento 76
Figura 22 Ubicacioacuten del municipio de Saboyaacute (Boyacaacute) 78
Figura 23 Velocidad anual del viento en la vereda Tibista (ms) 81
Figura 24 Velocidad mensual del viento en la vereda Tibista (ms) 82
Figura 25 Velocidad diaria del viento en la vereda Tibista (ms) 82
Figura 26 Velocidad horaria del viento en la vereda Tibista (ms) 83
Figura 27 Probabilidad de Weibull para la vereda Tibista 86
Figura 28 Curva de rendimiento de bombas centriacutefugas 88
Figura 29 Curva de potencia tiacutepica de un aerogenerador de 1kW 89
Figura 30 Curva de potencia tiacutepica de un aerogenerador de 15kW 91
Figura 31 Curva de potencia tiacutepica de un aerogenerador de 3kW 92
Figura 32 Banco de Bateriacuteas serie-paralelo 96
Figura 33 Montaje del sistema conversor de energiacutea eoacutelica 99
Figura 34 Modelo de flujo de caja 125
Figura 35 Propagacioacuten del sonido y distancia 159
Figura 36 Emisiones sectoriales de CO2 en Colombia para 1990 164
xiv
LISTA DE FOTOS
paacuteg
Foto 1 Poul la Cour y su esposa Christine 26
Foto 2 Aerogeneradores de la Cour 27
Foto 3 Turbina bipala de FL Smidth 28
Foto 4 Turbina tripala de FL Smidth 29
Foto 5 Aerogenerador de Johannes Juul 29
Foto 6 Aerogenerador de Gedser reacondicionado por la NASA 31
Foto 7 Aerogenerador de Riisager 32
Foto 8 Aerogenerador Darrieus de eje vertical 33
Foto 9 Aerogenerador Twind de 2MW 33
Foto 10 Granja eoacutelica en Palm Springs (California) 34
Foto 11 Aerogenerador NEG MICON de 15 MW 36
Foto 12 Superficie terrestre (tomada de un sateacutelite de la NASA NOAA-7
en julio de 1984) 39
Foto 13 Aacuterbol deformado a causa de la incidencia del viento 46
Foto 14 Paisaje llano correspondiente a una rugosidad de 05 50
Foto 15 Maacutequina Darrieus 58
Foto 16 Aerogenerador con rotor a barlovento 59
Foto 17 Aerogenerador con rotor a sotavento 60
Foto 18 Torres tubulares de acero 68
Foto 19 Aerogenerador con torre de celosiacutea 69
Foto 20 Aerogenerador con torre de maacutestil tensado 69
Foto 21 Inversor de 24VCD a 120VCA 97
xv
LISTA DE TABLAS
paacuteg
Tabla 1 Potencia eoacutelica en el mundo al 2002 36
Tabla 2 Potencia eoacutelica instalada en Europa (2002) 37
Tabla 3 Potencia eoacutelica instalada en Norte Ameacuterica (2002) 37
Tabla 4 Potencia eoacutelica instalada en Asia (2002) 37
Tabla 5 Potencia eoacutelica instalada en Aacutefrica (2002) 38
Tabla 6 Potencia eoacutelica instalada en Ameacuterica del Sur y Centroameacuterica (2002) 38
Tabla 7 Potencia eoacutelica instalada en Oceaniacutea (2002) 38
Tabla 8 Escala de Beaufort para la intensidad de viento 47
Tabla 9 Clase y longitud de rugosidad 50
Tabla 10 Tamantildeo tiacutepico de aerogeneradores y su velocidad de rotacioacuten 60
Tabla 11 Datos geograacuteficos de la estacioacuten metereoloacutegica 79
Tabla 12 Direccioacuten predominante y velocidad media diaria del viento en ms
para la estacioacuten ldquoALTO SABOYAacuterdquo 80
Tabla 13 Relaciones generales entre viabilidad y velocidad de viento para su uso
como fuente de energiacutea 84
Tabla 14 Consumo tiacutepico de energiacutea eleacutectrica en la zona de estudio 87
Tabla 15 Bomba Centriacutefuga 88
Tabla 16 Desempentildeo de un aerogenerador de 1kW para la vereda Tibista 90
Tabla 17 Desempentildeo de un aerogenerador de 15kW para la vereda Tibista 91
Tabla 18 Desempentildeo de un aerogenerador de 3kW para la vereda Tibista 93
Tabla 19 Aerogeneradores de 15kW 94
Tabla 20 Bateriacuteas de 220Ah 96
Tabla 21 Inversores de 24VCD a 120VCA 97
Tabla 22 Regulador de 100A 98
xvi
Tabla 23 Alternativa de inversioacuten 1 122
Tabla 24 Alternativa de inversioacuten 2 122
Tabla 25 Alternativa de inversioacuten 3 123
Tabla 26 Costos de montaje del sistema eoacutelico 123
Tabla 27 Costo final de las alternativas 124
Tabla 28 Flujo de caja proyectado para las 3 alternativas 128
Tabla 29 Flujo de caja para la alternativa 1 con cuota inicial del 30 a 24 meses 129
Tabla 30 Flujo de caja para la alternativa 1 con cuota inicial del 30 a 36 meses 130
Tabla 31 Flujo de caja para la alternativa 1 con cuota inicial del 30 a 60 meses 131
Tabla 32 Flujo de caja para la alternativa 2 con cuota inicial del 30 a 24 meses 134
Tabla 33 Flujo de caja para la alternativa 2 con cuota inicial del 30 a 36 meses 135
Tabla 34 Flujo de caja para la alternativa 2 con cuota inicial del 30 a 60 meses 136
Tabla 35 Flujo de caja para la alternativa 3 con cuota inicial del 30 a 24 meses 139
Tabla 36 Flujo de caja para la alternativa 3 con cuota inicial del 30 a 36 meses 140
Tabla 37 Flujo de caja para la alternativa 3 con cuota inicial del 30 a 60 meses 141
Tabla 38 Costo total para la alternativa escogida 144
Tabla 39 Flujo de caja proyectado para la alternativa escogida 144
Tabla 40 Flujo de caja para la alternativa escogida con cuota inicial del 30
a 24 meses 145
Tabla 41 Flujo de caja para la alternativa escogida con cuota inicial del 30
a 36 meses 146
Tabla 42 Flujo de caja para la alternativa escogida con cuota inicial del 30
a 60 meses 147
Tabla 43 Flujo del servicio de energiacutea eleacutectrica actual por 20 antildeos 150
Tabla 44 Emisiones de CO2 en el mundo 156
Tabla 45 Ejemplo de la escala de decibelios dB(A) 158
xvii
LISTA DE ANEXOS
paacuteg
Anexo 1 Ubicacioacuten geograacutefica de la vereda Tibista 182
Anexo 2 Ubicacioacuten geograacutefica de la estacioacuten metereoloacutegica ldquoALTO SABOYAacuterdquo 183
Anexo 3 Regiacutemenes de vientos de la estacioacuten ldquoALTO SABOYAacuterdquo de antildeos
anteriores a 1997 184
Anexo 4 Tarifas de energiacutea eleacutectrica para Boyacaacute y Casanare durante el mes
de mayo de 2002 185
Anexo 5 Flujos de fondos para la alternativa escogida 186
Anexo 6 Corporaciones autoacutenomas regionales de Colombia 187
Anexo 7 Formulario para la solicitud de licencia ambiental 188
xviii
RESUMEN
El objetivo de este proyecto ha sido establecer la factibilidad para la generacioacuten de energiacutea
eleacutectrica mediante un aerogenerador de baja potencia en la vereda Tibista zona rural del
municipio de Saboyaacute ubicado en el departamento de Boyacaacute En esta monografiacutea se
presenta en primer teacutermino una retrospectiva general de la utilizacioacuten de la energiacutea eoacutelica
incluyendo la tecnologiacutea empleada para el aprovechamiento de la misma tambieacuten se
presentan consideraciones teoacutericas y consideraciones a tener en cuenta en el proceso de
transformacioacuten de la potencia del viento en potencia uacutetil a ser obtenida
A partir del anaacutelisis del potencial eoacutelico para el lugar antes mencionado y de la estimacioacuten
del consumo tiacutepico de energiacutea eleacutectrica para una vivienda rural se busca el desempentildeo
oacuteptimo de un aerogenerador realizando un anaacutelisis comparativo entre varias alternativas de
aerogeneradores de diferentes potencias nominales que cumplan con la demanda de
energiacutea eleacutectrica y seleccionando asiacute el que mejor se adapte a las necesidades tanto
teacutecnicas como econoacutemicas
Igualmente el documento realiza un enfoque econoacutemico junto con consideraciones legales
y tributarias tanto internacionales como nacionales con el fin de determinar la factibilidad
del uso de las energiacuteas renovables en este caso particular la energiacutea eoacutelica
Por uacuteltimo se presentan conclusiones y recomendaciones de tipo teacutecnico y econoacutemico
como la factibilidad existente de utilizar la energiacutea eoacutelica como fuente de energiacutea eleacutectrica
para el consumo propio de una zona aislada y sus posibles costos proyectados a un mediano
plazo estas conclusiones y recomendaciones estaacuten dirigidas a viabilizar el uso de fuentes
alternativas en distintas zonas rurales del territorio nacional
xix
INTRODUCCIOacuteN
La utilizacioacuten de energiacuteas alternativas o renovables han cobrado gran importancia en el
mundo en los uacuteltimos antildeos debido a la concientizacioacuten de las personas sobre factores
ambientales y la necesidad de utilizar fuentes de energiacutea maacutes baratas y accesibles
Acontecimientos histoacutericos como la crisis del petroacuteleo de los antildeos setenta y el aumento de
los precios de los combustibles en los uacuteltimos antildeos han obligado a investigar sobre
energiacuteas alternativas y sus escenarios de sustitucioacuten de fuentes convencionales
Debido a que los precios de los combustibles foacutesiles podraacuten aumentar a mediano plazo
dada la limitacioacuten de sus reservas ha surgido una creciente importancia de las energiacuteas
renovables y en particular de la energiacutea eoacutelica Si se tuvieran en cuenta costos externos
como los ambientales la competitividad de estas fuentes renovables seriacutea mucho maacutes
evidente
Ademaacutes con objeto de promover el desarrollo energeacutetico de manera sostenible y racional
sin afectar nuestro medio ambiente e implementar la distribucioacuten a regiones aisladas se
plantea la necesidad de recurrir al uso de dichas fuentes alternativas como lo es la
aerogeneracioacuten ya que masificar el uso de combustibles foacutesiles extender las redes de
interconexioacuten eleacutectrica yo construir nuevos embalses implica costos ambientales y
econoacutemicos injustificables hoy en diacutea Los anteriores son factores que han motivado a
diferentes paiacuteses a utilizar el recurso eoacutelico como fuente de aprovechamiento energeacutetico
Colombia presenta un importante potencial para aprovechar esta tecnologiacutea
Mediante este proyecto se plantea suministrar energiacutea eleacutectrica en zona rural del municipio
de Saboyaacute por medio de un aerogenerador de baja potencia que trabaja con un reacutegimen de
vientos que logra ser el adecuado para la instalacioacuten de equipos de estas caracteriacutesticas y
que no implica alteracioacuten alguna al ecosistema natural aclarando que la aerogeneracioacuten a
baja potencia esta entre un rango de 500W a 20kW
Seleccionando asiacute correctamente el aerogenerador que cumpla eficazmente con la
generacioacuten de energiacutea eleacutectrica se podriacutean implementar para otras zonas del territorio que
no estaacuten conectadas con el sistema eleacutectrico nacional y que tambieacuten presenten condiciones
aceptables de vientos realizando una correcta aplicacioacuten funcionamiento y futuro montaje
de los aerogeneradores
Econoacutemicamente se espera que al transcurrir del tiempo exista una posible recuperacioacuten de
la inversioacuten inicial y que antes de terminar la vida uacutetil del aerogenerador se pueda
implementar yo mejorar la tecnologiacutea Sin embargo estos aspectos econoacutemicos definiraacuten
en la vereda Tibistaacute zona rural de Saboyaacute la factibilidad o rentabilidad que pueda existir
en un proyecto de generar energiacutea eleacutectrica utilizando el recurso natural del viento
En Colombia tenemos que la aerogeneracioacuten de baja potencia es una tecnologiacutea nueva para
el mercado nacional el presente trabajo analiza la factibilidad para tomar decisiones
acertadas acerca de la aplicacioacuten de la energiacutea eoacutelica en el campo de aerogeneracioacuten a baja
potencia en el lugar antes mencionado incluyendo un estudio teacutecnico y econoacutemico para
dejar una base en futuras investigaciones con todos los paraacutemetros necesarios para llevar a
cabo el montaje de este proyecto y ademaacutes que sirva de guiacutea para proacuteximas generaciones
con el fin de incentivar el uso de las energiacuteas renovables en nuestro caso el viento
xxi
PREAacuteMBULO
El constante desarrollo tecnoloacutegico de la humanidad a tenido un protagonista desde los
comienzos de la civilizacioacuten El dios Eolo El llamado dios de los vientos es aprovechado
desde las maacutes remotas eacutepocas Las primeras naves que surcaron los riacuteos lagos y mares
usaban las grandes superficies de sus velas para impulsar los diferentes tipos de naviacuteos y
puede decirse que fue su aprovechamiento un gran avance en la tecnologiacutea de la eacutepoca para
conquistar diferentes tierras en ultramar de hecho la Ameacuterica fue descubierta gracias al
aprovechamiento de la energiacutea eoacutelica Otro avance interesante se vio con el uso de los
molinos de viento para convertir la energiacutea eoacutelica en energiacutea mecaacutenica Asiacute fue posible
aprovechar la energiacutea para la molienda de cereales y para extraer el agua desde acuiacuteferos
ubicados en las entrantildeas de la tierra en los pozos profundos
A pesar de existir evidencia remota de la utilizacioacuten de una u otra forma de los sistemas de
conversioacuten de energiacutea eoacutelica para aprovechar la energiacutea del viento no se tiene una fecha
exacta de las primeras aplicaciones Se sabe que en la China se implementaron
rudimentarios molinos de viento de sencilla construccioacuten para el bombeo del agua varios
siglos AC Ademaacutes en Persia y Medio Oriente existe la evidencia de la utilizacioacuten de
molinos de viento de eje vertical los cuales estaban equipados con una vela de cantildea tejida y
fueron empleados para moler grano esto aproximadamente entre los antildeos 200 a 700 de la
era cristiana
Al pasar del tiempo la utilizacioacuten de la energiacutea eoacutelica se extendioacute por todo el mediterraacuteneo
y paulatinamente se fue introduciendo en Europa fue asiacute como se hicieron grandes mejoras
tecnoloacutegicas en especial por parte de los Holandeses A comienzos del siglo XX se hallaban
en funcionamiento alrededor de un milloacuten de maacutequinas eoacutelicas en todo el mundo para el
bombeo de agua
Posteriormente con el surgir de la maacutequina de vapor y luego el nacimiento y posterior
desarrollo del motor de combustioacuten impulsado por la segunda guerra mundial la energiacutea
eoacutelica dejoacute de ser un factor dominante en la imagen energeacutetica de los paiacuteses desarrollados
La crisis del petroacuteleo de 1973 demostroacute que los combustibles foacutesiles son un recurso
limitado ademaacutes de contaminantes por lo tanto se despierta la necesidad de desarrollar
otras formas de energiacutea con tecnologiacutea moderna Como consecuencia se ha presentado un
creciente intereacutes por la aplicacioacuten de la energiacutea eoacutelica
CLASIFICACIOacuteN Y DESCRIPCIOacuteN DE LAS MAacuteQUINAS DE ENERGIacuteA EOacuteLICA
Baacutesicamente la utilizacioacuten de estas maacutequinas de conversioacuten de energiacutea eoacutelica han sido para
la molienda de granos el bombeo de agua y la generacioacuten de energiacutea eleacutectrica
1 Molienda de granos
Los equipos utilizados para este tipo de trabajo son los molinos de viento claacutesico que se
distinguen fundamentalmente dos tipos de caja giratoria (figura a) y de techo giratorio
(figura b)
Figura a Molino de viento para la molienda de granos de caja giratoria
xxii
Figura b Molino de viento para la molienda de granos de techo giratorio con orientacioacuten
por rotor auxiliar
Se requeriacutea que el molinero estuviese en permanente vigilancia para mantener orientadas
las palas contra el viento La orientacioacuten se haciacutea primitivamente mediante bueyes o mulas
o a veces era el mismo molinero quien se ayudaba con aparejos para hacer girar el
conjunto Los maacutes modernos se orientaban por la accioacuten de dos eoacutelicas auxiliares Las palas
eran de madera generalmente recubiertas de tela Los modelos mediterraacuteneos soliacutean ser a
vela En Espantildea y Portugal existiacutea un sistema muy ingenioso de alarma para avisar al
molinero los cambio de viento Consistiacutea en caacutentaros colocados de una forma particular
sobre las aspas que cuando el viento cambiaba de direccioacuten incidiacutea con cierto aacutengulo sobre
los caacutentaros y los haciacutea sonar
Llegaron a construirse molinos de tipo caja giratoria hasta de 30kW Estas construcciones
funcionaron en Holanda durante maacutes de dos siglos su velocidad variaba de 10 a 40 rpm y
la captacioacuten maacutexima de energiacutea era de un 50
xxiii
2 Bombeo de agua
Este tipo de maacutequinas hicieron su aparicioacuten en Estados Unidos hacia 1870 desde alliacute
pasaron a Europa y al resto del mundo En la actualidad se realiza casi exclusivamente por
maacutequinas que tienen alrededor de 12 a 24 palas (multipala) siendo generalmente simples
chapas de metal curvadas Veacutease figura c
Figura c Aerobomba utilizada para la extraccioacuten de agua
Estas maacutequinas debido a su elevado par de arranque y de trabajar con vientos deacutebiles (de 2
a 35 ms aprox) son ideales para accionar bombas a pistoacuten Estas bombas a su vez
presentan muchas ventajas robustez poco desgaste por trabajar a baja velocidad bajo
precio poca necesidad de mantenimiento rendimiento bastante bueno y capacidad para
bombear desde capas profundas
Tambieacuten se han hecho experiencias de bombeo con maacutequinas de alta velocidad acopladas a
bombas centriacutefugas o a compresores de aire que bombean por emulsioacuten El rendimiento
global de estos sistemas es superior pero su costo es muy elevado
xxiv
3 Generacioacuten de energiacutea eleacutectrica
Los aerogeneradores utilizados para esta funcioacuten tiene un nuacutemero de palas menor que por
lo general va de 2 a 4 tiene la ventaja de ser a igual potencia maacutes livianas que las
maacutequinas utilizadas para el bombeo de agua debido a su menor solidez Tienen el
inconveniente de presentar un bajo par de arranque necesitan vientos de maacutes de 4 ms para
trabajar de manera estable las palas suelen fabricarse en aluminio o fibra de vidrio con
resina epoxi con lo cual se logra tener un menor peso en el aerogenerador Este proyecto se
basaraacute fundamentalmente en este tipo de maacutequinas eoacutelicas para el suministro de energiacutea
eleacutectrica en una zona rural En la figura d se puede observar un tipo de estas maacutequinas
Figura d Montaje tiacutepico de un aerogenerador para el suministro de energiacutea eleacutectrica en
una zona rural
xxv
CAPIacuteTULO 1
1 HISTORIA DE LA ENERGIacuteA EOacuteLICA
11 EL PIONERO DE LA ENERGIacuteA EOacuteLICA POUL LA COUR1
Foto 1 Poul la Cour y su esposa Christine
Poul la Cour (1846-1908) quien tuvo originalmente una formacioacuten como meteoroacutelogo
fue el pionero de las modernas turbinas eoacutelicas generadoras de electricidad Poul la Cour
fue tambieacuten uno de los pioneros de la moderna aerodinaacutemica y construyoacute su propio tuacutenel
de viento para realizar experimentos La Cour se preocupaba del almacenamiento de
energiacutea y utilizaba la electricidad de sus turbinas eoacutelicas para producir electroacutelisis y obtener
asiacute hidroacutegeno para las laacutemparas de gas de su escuela
1 Tomado httpwwwwindpowerorgespictureslacourhtm
27
111 Los aerogeneradores de La Cour
En la foto 2 se observan dos de los aerogeneradores de prueba que en 1897 Poul La Cour
teniacutea en el instituto de Askov Folk (Dinamarca) donde realizaba sus experimentos
Foto 2 Aerogeneradores de la Cour
112 La revista de electricidad eoacutelica
Poul la Cour tambieacuten publicoacute la primera revista de electricidad eoacutelica del mundo
En 1918 unas 120 empresas puacuteblicas de todo el mundo teniacutean un aerogenerador
generalmente del tamantildeo de 20 a 35kW haciendo un total de 3 megavatios de potencia
instalada
28
Sin embargo el intereacutes mundial por la energiacutea eoacutelica decayoacute en los antildeos siguientes aunque
una crisis de suministro durante la Segunda Guerra Mundial hizo que se afianzara
12 PIONEROS DE LA ENERGIacuteA EOacuteLICA 1940-19502
121 Las turbinas de FL Smidth
Foto 3 Turbina bipala de FL Smidth
Durante la segunda guerra mundial la compantildeiacutea danesa de ingenieriacutea FL Smidth (ahora
un fabricante de maquinaria para la industria cementera) construyoacute diversos
aerogeneradores bi y tripala Todas estas maacutequinas al igual que sus predecesoras generaban
CA (corriente alterna)
En la foto 4 se muestra una maacutequina de FL Smidth tripala de la isla de Bogo
(Dinamarca) fabricada en 1942 que formaba parte de un sistema eoacutelico-diesel que regiacutea el
suministro eleacutectrico de la isla En 1951 el generador de CC (corriente continua) fue
sustituido por un generador asiacutencrono de CA haciendo que esta segunda turbina generase
asiacute CA
2 CADIZ DELEITO J amp CABRERO J La energiacutea eoacutelica tecnologiacutea e historia Madrid Espantildea Ed Blume1984
29
Foto 4 Turbina tripala de FL Smidth
13 PIONEROS DE LA ENERGIacuteA EOacuteLICA 1950 ndash 19803
131 Johannes Juul y el aerogenerador de Gedser
El ingeniero Johannes Juul fue uno de los primeros alumnos de Poul la Cour en sus cursos
para electricistas eoacutelicos en 1904 En los antildeos 50 J Juul llegoacute a ser un pionero en el
desarrollo de los primeros aerogeneradores de corriente alterna en el mundo
Foto 5 Aerogenerador de Johannes Juul
3 CADIZ DELEITO J amp CABRERO J La energiacutea eoacutelica tecnologiacutea e historia Madrid Espantildea Ed Blume1984
30
El innovador aerogenerador de Gedser de 200kW fue construido en 1956-57 por J Juul
para la compantildeiacutea eleacutectrica SEAS en la costa de Gedser en la parte sur de Dinamarca
Figura 1 El aerogenerador de Gedser
La turbina tripala con rotor a barlovento con orientacioacuten electromecaacutenica y un generador
asincroacutenico fue un disentildeo pionero de los modernos aerogeneradores aunque su rotor con
cables de acero parezca actualmente algo pasado de moda La turbina disponiacutea de
regulacioacuten por peacuterdida aerodinaacutemica y J Juul inventoacute los frenos aerodinaacutemicos de
emergencia en punta de pala que se sueltan por la fuerza centriacutefuga en caso de
sobrevelocidad
Baacutesicamente el mismo sistema es hoy en diacutea utilizado en los modernos aerogeneradores de
regulacioacuten por peacuterdida aerodinaacutemica El aerogenerador que durante muchos antildeos fue el
maacutes grande del mundo fueacute increiacuteblemente duradero Funcionoacute durante 11 antildeos sin
mantenimiento
El aerogenerador de Gedser fue reacondicionado en 1975 a peticioacuten de la NASA que
queriacutea resultados de medicioacuten de la turbina para el nuevo programa estadounidense de
energiacutea eoacutelica La maacutequina funcionoacute durante pocos antildeos para las mediciones de prueba
antes de ser desmantelada La carcasa y el rotor de la turbina se exponen actualmente en el
Museo de Electricidad de Bjerringbro (Dinamarca)
31
Foto 6 Aerogenerador de Gedser reacondicionado por la NASA
132 Las turbinas Nibe
Despueacutes de la primera crisis del petroacuteleo de 1973 muchos paiacuteses iniciaron su intereacutes en la
energiacutea eoacutelica En el mundo entero las compantildeiacuteas de energiacutea eleacutectrica dirigieron
inmediatamente su atencioacuten a la construccioacuten de grandes aerogeneradores por ejemplo en
Alemania Dinamarca Suecia el Reino Unido y los EEUU En 1979 se construyeron
varios aerogeneradores de 630kW En muchos sentidos las turbinas resultaron
extremadamente costosas y en consecuencia el alto precio de la energiacutea devino un
argumento clave en contra de la energiacutea eoacutelica
14 AEROGENERADORES A PARTIR DE LOS 80
Christian Riisager un carpintero estadounidense construyoacute un pequentildeo aerogenerador de
22kW en su propio jardiacuten utilizando el disentildeo del aerogenerador de Gedser como punto de
partida Utilizoacute componentes estaacutendar que no resultaban costosos (por ej un motor eleacutectrico
como generador partes de un vehiacuteculo como multiplicador y freno mecaacutenico) donde le fue
posible
32
El aerogenerador de Riisager resultoacute ser un eacutexito en muchos casas de campo de todo el
mundo y su eacutexito proporcionoacute la inspiracioacuten para la construccioacuten a partir de los antildeos 80 de
los actuales aerogeneradores
Foto 7 Aerogenerador de Riisager
141 Disentildeos competitivos de turbinas
Algunos disentildeos incluido el de Riisager estaacuten en parte basados en la soacutelida experiencia del
aerogenerador de Gedser o en las claacutesicas rosas de los vientos multipala americanas de
lento movimiento otras eran maacutes revolucionarias incluyendo las maacutequinas Darrieus de eje
vertical (veacutease foto 8) las maacutequinas que utilizan aletas para el control de potencia o
hidraacuteulica para el sistema de transmisioacuten etc La mayoriacutea de maacutequinas eran muy pequentildeas
para los estaacutendares actuales normalmente de 5 a 11kW
33
Foto 8 Aerogenerador Darrieus de eje vertical
142 La maacutequina Twind
La maacutequina Twind de 2MW fue una maacutequina totalmente revolucionaria La maacutequina era
una maacutequina corriente abajo con un diaacutemetro de rotor de 54m girando a velocidad variable
con un generador siacutencrono y con una conexioacuten indirecta a red utilizando electroacutenica de
potencia La maacutequina todaviacutea funciona perfectamente y se encuentra en Dinamarca
Foto 9 Aerogenerador Twind de 2MW
34
Asiacute pues el temprano desarrollo de los aerogeneradores era un lejano clamor de los
programas de investigacioacuten subvencionados por el gobierno sobre grandes maacutequinas
llevados a cabo simultaacuteneamente en Alemania EEUU Suecia el Reino Unido o Canadaacute
Finalmente versiones mejoradas de la claacutesica maacutequina tripala corriente arriba del
aerogenerador de Gedser resultaron ser los ganadores comerciales de esta competicioacuten
143 El gran torrente eoacutelico de California
Foto 10 Granja eoacutelica en Palm Springs (California)
Alrededor de 1985 el mercado de energiacutea eoacutelica en Estados Unidos desaparecioacute de la
noche a la mantildeana con la desaparicioacuten de los esquemas de apoyo californianos a esta
tecnologiacutea Desde entonces soacutelo unas pocas nuevas instalaciones han sido puestas en
servicio aunque finalmente el mercado parece haberse recuperado En efecto una sola
compantildeiacutea la Sea West Energy Corporation de los Estados Unidos creada en 1981 instaloacute
en 14 antildeos entre 1981 y 1995 2610 turbinas eoacutelicas con una potencia total instalada de
392 Megavatios
35
15 INDUSTRIA EOacuteLICA ACTUAL4
Actualmente se maneja a nivel mundial grandes granjas eoacutelicas o parques eoacutelicos que son
un conjunto de aerogeneradores ubicados muy cerca entre si que conforman una central de
energiacutea eleacutectrica utilizando aerogeneradores de 20kW a 2MW de potencia nominal las
maacutequinas de 600 y 750kW continuacutean siendo el soporte de la industria aunque el mercado
de los megavatios despegoacute en los antildeos 90
Figura 2 Crecimiento de la energiacutea eoacutelica en el mundo
El prototipo de la turbina NEG Micon 15MW (veacutease foto 11) fue puesto en
funcionamiento en septiembre de 1995 El modelo original teniacutea un diaacutemetro de rotor de
60 metros y dos generadores de 750kW funcionando en paralelo La versioacuten maacutes reciente
es un modelo 1500750kW (con dos generadores de 750kW) con un diaacutemetro de rotor de
64m
4 Revista Mundo Eleacutectrico Colombiano No40 ABB vislumbra rentable oportunidad de crecimiento Paacutegs127-8 julio ndash septiembre de 2000
36
Foto 11 Aerogenerador NEG MICON de 15MW
La capacidad instalada mundial en MW de energiacutea eoacutelica a enero de 2002 por continente
y por paiacutes con que se cuenta actualmente se puede ilustrar en las siguientes tablas5
Tabla 1 Potencia eoacutelica en el mundo al 2002
CONTINENTE MW
Europa 17360
Norte Ameacuterica 4452
Asia 2241
Aacutefrica 179
Centro-Sur Ameacuterica 125
Oceaniacutea 110
TOTAL 24467
5 Tomado httpwwwwpmconzwindicathtmmercado mundial de la energiacutea eoacutelica
37
Tabla 2 Potencia eoacutelica instalada en Europa (2002)
PAIacuteS MW PAIacuteS MWAlemania 8753 Ucrania 40
Espantildea 3335 Finlandia 39Dinamarca 2417 Beacutelgica 31
Italia 697 Polonia 28Reino Unido 485 Turquiacutea 19
HolandandashP Bajos 483 Noruega 17Suecia 280 Luxemburgo 15Grecia 272 Repuacuteblica Checa 5
Portugal 127 Rusia 5Irlanda 125 Suiza 5Austria 95 Letonia 1Francia 85 Rumania 1TOTAL 17360
Tabla 3 Potencia eoacutelica instalada en Norte Ameacuterica (2002)
PAIacuteS MW
EEUU 4245Canadaacute 207TOTAL 4452
Tabla 4 Potencia eoacutelica instalada en Asia (2002)
PAIacuteS MW PAIacuteS MWIndia 1507 Israel 8China 399 Sri Lanka 3Japoacuten 300 Taiwaacuten 3Iraacuten 11 Jordania 2
Corea de Sur 8TOTAL 2241
Tabla 5 Potencia eoacutelica instalada en Aacutefrica (2002)
38
PAIacuteS MWEgipto 125
Marruecos 54TOTAL 179
Tabla 6 Potencia eoacutelica instalada en Centroameacuterica y Ameacuterica del Sur (2002)
PAIacuteS MW PAIacuteS MWCosta Rica 71 Zona Caribe 13
Brasil 20 Meacutexico 5Argentina 14 Chile 2TOTAL 125
Tabla 7 Potencia eoacutelica instalada en Oceaniacutea (2002)
PAIacuteS MWAustralia 73
Nueva Zelanda 37TOTAL 110
CAPIacuteTULO 2
2 EL RECURSO EOacuteLICO
21 FUENTE DE LA ENERGIacuteA EOacuteLICA
Todas las fuentes de energiacutea renovables (excepto la mareomotriz y la geoteacutermica) e incluso
la energiacutea de los combustibles foacutesiles provienen en uacuteltimo teacutermino del sol El sol irradia
cerca de 10 x 1013 kWh de energiacutea hacia la Tierra en otras palabras la Tierra recibe 1017 W
de potencia Esto supone una energiacutea alrededor de 50 a 100 veces superior a la convertida
en biomasa por todas las plantas de la tierra Las diferencias de temperatura conllevan la
circulacioacuten de aire
Foto 12 Superficie terrestre
(Tomada de un sateacutelite de la NASA NOAA-7 en julio de 1984)
Las regiones alrededor del ecuador a 0deg de latitud son calentadas por el sol maacutes que las
zonas del resto del globo (veacutease foto 12) Estas aacutereas calientes estaacuten indicadas en colores
caacutelidos rojo naranja y amarillo
40
El aire caliente es maacutes ligero que el aire friacuteo por lo que subiraacute hasta alcanzar una altura
aproximada de 10km y se extenderaacute hacia el norte y hacia el sur Si el globo no rotase el
aire simplemente llegariacutea al Polo Norte y al Polo Sur para posteriormente descender y
volver al ecuador6
211 Vientos locales vientos de montantildea
Figura 3 Caracterizacioacuten de los vientos en una montantildea
Las regiones montantildeosas muestran modelos de clima muy interesantes
Un ejemplo es el viento del valle que se origina en las laderas que dan al sur (oacute en las que
dan al norte en el hemisferio sur) Cuando las laderas y el aire proacuteximo a ellas estaacuten
calientes la densidad del aire disminuye y el aire asciende hasta la cima siguiendo la
superficie de la ladera Durante la noche la direccioacuten del viento se invierte convirtieacutendose
en un viento que fluye ladera abajo Si el fondo del valle estaacute inclinado el aire puede
ascender y descender por el valle este efecto es conocido como viento de cantildeoacuten
6 Tomado httpwwwaweaorg
41
22 LA ENERGIacuteA EN EL VIENTO DENSIDAD DEL AIRE Y AacuteREA DE BARRIDO
DEL ROTOR
Figura 4 Representacioacuten del aacuterea barrida por un rotor
Un aerogenerador obtiene su potencia de entrada convirtiendo la fuerza del viento en un par
(fuerza de giro) actuando sobre las aspas del rotor La cantidad de energiacutea transferida al
rotor por el viento depende de la densidad del aire del aacuterea de barrido del rotor y de la
velocidad del viento Esto se puede observar en la figura 4 donde se representa el aacuterea
barrida por un rotor
221 Densidad del aire
La energiacutea cineacutetica de un cuerpo en movimiento es proporcional a su masa (o peso) Asiacute la
energiacutea cineacutetica del viento depende de la densidad del aire es decir de su masa por unidad
de volumen En otras palabras cuanto maacutes pesado sea el aire maacutes energiacutea recibiraacute la
turbina A presioacuten atmosfeacuterica normal y a 15 degC el aire pesa unos 1225 kilogramos por
metro cuacutebico aunque la densidad disminuye ligeramente con el aumento de la humedad
Ademaacutes el aire es maacutes denso cuando hace friacuteo que cuando hace calor A grandes altitudes
(en las montantildeas) la presioacuten del aire es maacutes baja y el aire es menos denso
42
222 Aacuterea de barrido del rotor
Un aerogenerador tiacutepico de 3kW tiene un diaacutemetro del rotor de 4 metros lo que supone un
aacuterea del rotor de unos 1256 metros cuadrados El aacuterea del rotor determina cuanta energiacutea
del viento es capaz de capturar una turbina eoacutelica
Dado que el aacuterea del rotor aumenta con el cuadrado del diaacutemetro del rotor una turbina que
sea dos veces maacutes grande recibiraacute 22 = 2 x 2 = cuatro veces maacutes energiacutea
23 LOS AEROGENERADORES DESVIacuteAN EL VIENTO7
Figura 5 Desviacioacuten del viento producida por un aerogenerador
Un aerogenerador desviaraacute el viento antes incluso de que el viento llegue al plano del rotor
Esto significa que nunca se captura toda la energiacutea que hay en el viento utilizando un
aerogenerador
En la figura 5 se representa el flujo de viento que viene desde la derecha y se usa un
mecanismo para capturar parte de la energiacutea cineacutetica que posee el viento (la figura muestra
un rotor de dos aspas aunque podriacutea haberse tratado de cualquier otro mecanismo)
43
231 Tubo de corriente de aire
El rotor del aerogenerador debe obviamente frenar el viento cuando captura su energiacutea
cineacutetica y la convierte en energiacutea rotacional Esto implica que el viento se moveraacute maacutes
lentamente en la parte izquierda del rotor que en la parte derecha Dado que la cantidad de
aire que pasa a traveacutes del aacuterea barrida por el rotor desde la derecha (por segundo) debe ser
igual a la que abandona el aacuterea del rotor por la izquierda el aire ocuparaacute una mayor seccioacuten
transversal (diaacutemetro) detraacutes del plano del rotor
Este efecto puede apreciarse en la figura 5 donde se muestra un tubo imaginario el
llamado tubo de corriente alrededor del rotor del aerogenerador El tubo de corriente
muestra como el viento movieacutendose lentamente hacia la izquierda ocuparaacute un gran volumen
en la parte posterior del rotor El viento no seraacute frenado hasta su velocidad final
inmediatamente detraacutes del plano del rotor El frenado del viento se produciraacute gradualmente
en la parte posterior del rotor hasta que la velocidad llegue a ser praacutecticamente constante
232 Tubo de corriente de aire ciliacutendrico
Se puede objetar que un aerogenerador girariacutea incluso situaacutendolo dentro de un tubo
ciliacutendrico normal Por supuesto se estaraacute en lo cierto al pensar que el rotor de un
aerogenerador puede girar si se situase dentro de un enorme tubo de cristal como el de la
figura 6 pero ocurre lo siguiente
7 Tomado httpwwwwindpowerorgestourwrestubehtm
44
Figura 6 Corriente de aire en un tubo ciliacutendrico
El viento de la parte izquierda del rotor se mueve a menor velocidad que el de la parte
derecha pero al mismo tiempo se sabe que el volumen de aire que entra al tubo por la
derecha cada segundo debe ser el mismo que el volumen de aire que sale del tubo por la
izquierda Con ello se puede deducir que si el viento encuentra alguacuten obstaacuteculo dentro del
tubo (en este caso el rotor) parte del viento que llega desde la derecha debe ser desviado de
la entrada del tubo (debido a la alta presioacuten del aire en el extremo derecho del tubo)
Por tanto el tubo ciliacutendrico no es una representacioacuten muy exacta de lo que ocurre cuando el
viento encuentra un aerogenerador por lo que la imagen de la figura 5 en forma de botella
es la maacutes cercana a la realidad
24 RELACIOacuteN DE LA POTENCIA DEL VIENTO CON EL CUBO DE LA
VELOCIDAD DEL VIENTO
La velocidad del viento es el factor de mayor importancia para la cantidad de energiacutea que
un aerogenerador puede transformar en electricidad la cantidad de energiacutea que posee el
viento variacutea con el cubo (la tercera potencia) de la velocidad media del viento pej si la
velocidad del viento se duplica la cantidad de energiacutea que contenga seraacute 23 = 2 x 2 x 2 =
ocho veces mayor
45
Figura 7 Graacutefica de la relacioacuten de potencia especiacutefica del viento con la velocidad del
viento
Ahora se puede explicar porque la energiacutea que contiene el viento variacutea con la tercera
potencia de su velocidad En el caso de turbinas eoacutelicas se usa la energiacutea de frenado del
viento por lo que si se dobla la velocidad del viento se tendraacute dos veces maacutes porciones
ciliacutendricas de viento movieacutendose a traveacutes del rotor cada segundo y cada una de esas
porciones contiene cuatro veces maacutes energiacutea
25 MEDICIOacuteN DE LA VELOCIDAD DEL VIENTO ANEMOacuteMETROS
Las mediciones de las velocidades del viento se realizan normalmente usando un
anemoacutemetro de cazoletas (ver figura 8) El anemoacutemetro de cazoletas tiene un eje vertical
tres cazoletas que capturan el viento y una veleta para detectar la direccioacuten del viento el
nuacutemero de revoluciones por segundo son registradas electroacutenicamente En lugar de
cazoletas el anemoacutemetro puede estar equipado con heacutelices aunque no es lo habitual
46
Figura 8 Anemoacutemetro de Cazoletas
Otros tipos de anemoacutemetros incluyen ultrasonidos o anemoacutemetros provistos de laacuteser que
detectan el desfase del sonido o la luz coherente reflejada por las moleacuteculas de aire los hay
tambieacuten de hilo electrocalentado que detectan la velocidad del viento mediante pequentildeas
diferencias de temperatura entre los cables situados en el viento y en la sombra del viento
(cara a sotavento)
26 MEDICIONES DE LA VELOCIDAD DEL VIENTO EN LA PRAacuteCTICA8
261 Informacioacuten empiacuterica
Esta informacioacuten se recoge con base a visitas realizadas al lugar donde las condiciones de
topografiacutea de vegetacioacuten y la investigacioacuten con los habitantes de la regioacuten aportan una
informacioacuten valiosa en la identificacioacuten de los lugares con un alto nivel de velocidad de
viento como se puede ver en la foto 13 en donde se observa la deformacioacuten de un aacuterbol
causada por la incidencia permanente de viento Si ya existen aerogeneradores en el aacuterea
los resultados de produccioacuten son una excelente guiacutea de las condiciones de viento locales
Informacioacuten empiacuterica puntual puede ser deducida a partir de la escala de Beaufort (tabla
8) que indica las caracteriacutesticas de incidencia de viento en la tierra
8 PINILLA S Aacutelvaro Manual de aplicacioacuten de la energiacutea eoacutelica Bogotaacute INEA 1997 p21
47
Foto 13 Aacuterbol deformado a causa de la incidencia del viento
Tabla 8 Escala de Beaufort para la intensidad de viento9
Numero deBeaufort
Velocidad de viento(ms)
Efectos observados en tierra
0 00 ndash 02 Calma humo asciende verticalmente
1 03 ndash 15 El humo indica la direccion del viento aspas demolinos no se mueven
2 16 ndash 33 Se siente el viento en la cara se mueven las hojas delos aacuterboles aspas de molinos se empiezan a mover
3 34 ndash 54 Hojas y ramas pequentildeas se mueven constantementebanderas livianas se extienden
4 55 ndash 79 Polvo hojas y papel en el piso se levanta ramas semueven
5 80 ndash 107 Pequentildeos aacuterboles comienzan a bambolear
6 108 ndash 138 Ramas grandes de los aacuterboles en movimiento silbido
9 OLADE Prospeccioacuten Evaluacioacuten y Caracterizacioacuten de la Energiacutea Eoacutelica Ecuador 1990
48
emana de cuerdas
7 139 ndash 171 Todo aacuterbol se mueve resistencia fuerte al caminarcontra el viento
8 172 ndash 207 Ramitas y ramas de los aacuterboles se rompen caminar esdificil
9 208 ndash 244 Las ramas medianas de los aacuterboles se quiebran
10 245 ndash 283 Los aacuterboles son arrancados y dantildeadas las techumbres
11 284 ndash 325 Destrozos extensos (Borrarsca)
12 326 ndash 369 Destrozos extensos (Huracaacuten)
13 370 ndash 414 Destrozos extensos (Huracaacuten)
14 415 ndash 461 Destrozos extensos (Huracaacuten)
15 462 ndash 508 Destrozos extensos (Huracaacuten)
16 509 ndash 558 Destrozos extensos (Huracaacuten)
17 559 ndash 611 Destrozos extensos (Cicloacuten)
262 Anemoacutemetros totalizadores
El anemoacutemetro deberaacute estar localizado en un lugar donde las condiciones sean limpias con
muy pocos obstaacuteculos alrededor y a una altura de 10m a 12m sobre la superficie del
terreno
Asiacute pues al realizar la lectura el visualizador del odoacutemetro deberaacute estar localizado muy
cerca del suelo ya que las torres para la instalacioacuten de anemoacutemetros por lo general no son
lo suficientemente robustas para sostener el peso de una persona que ascienda para realizar
las lecturas(veacutease figura 9)
Con la recopilacioacuten de esta informacioacuten totalizada y con promedio de velocidad de viento
se caracteriza formalmente el reacutegimen de vientos presente en un lugar identificaacutendose con
gran certeza las variaciones tanto diurnas como mensuales
49
Figura 9 Anemoacutemetro de Recorrido
263 Meacutetodo de correlacioacuten
Este meacutetodo de estimacioacuten permite combinar mediciones realizadas en un lugar especiacutefico
con registradores de velocidad de viento de cualquier tipo con los datos publicados y
suministrados por el servicio de meteorologiacutea (en Colombia el IDEAM y Corporaciones
Regionales) en estaciones aledantildeas al lugar
Se puede realizar mediciones de viento por un periodo corto de tiempo en un lugar (por
ejemplo algunos cuantos meses) y al comparar con datos obtenidos simultaacuteneamente en
una estacioacuten metereoloacutegica cercana al lugar se pueden producir coeficientes numeacutericos de
proporcionalidad a traveacutes de comparar los valores promedios medidos (diurnos yo
mensuales) con los datos publicados por el servicio de meteorologiacutea
27 RUGOSIDAD DEL TERRENO10
A alturas de alrededor de un kiloacutemetro la superficie terrestre apenas ejerce influencia
alguna sobre el viento Sin embargo en las capas maacutes bajas de la atmoacutesfera las velocidades
10 Tomado httpwwwwindpowerorgestourwresshearhtm
50
del viento se ven afectadas por la friccioacuten con la superficie terrestre En la industria eoacutelica
se distingue entre rugosidad del terreno la influencia de los obstaacuteculos y la influencia del
contorno del terreno tambieacuten llamada orografiacutea del aacuterea
En general cuanto maacutes pronunciada sea la rugosidad del terreno mayor seraacute el frenado que
experimente el viento Obviamente los bosques y las grandes ciudades frenan mucho el
viento mientras que las pistas de hormigoacuten de los aeropuertos soacutelo lo frenan ligeramente
las superficies de agua son incluso maacutes lisas que las pistas de hormigoacuten y tendraacuten por tanto
menos influencia sobre el viento mientras que la hierba alta y los arbustos frenaraacuten el
viento de forma considerable
271 Clase y longitud de rugosidad
En la industria eoacutelica la gente suele referirse a clase de rugosidad o longitud de rugosidad
cuando se trata de evaluar las condiciones eoacutelicas de un paisaje (ver tabla 9) Una alta
rugosidad de clase 3 oacute 4 se refiere a un paisaje con muchos aacuterboles y edificios mientras que
a la superficie del mar le corresponde una rugosidad de clase 0
Las pistas de hormigoacuten de los aeropuertos pertenecen a la clase de rugosidad 05 al igual
que el paisaje abierto y llano abierto (ver foto 14) El teacutermino longitud de rugosidad es en
realidad la distancia sobre el nivel del suelo a la que teoacutericamente la velocidad del viento
deberiacutea ser nula
Tabla 9 Clase y longitud de rugosidad
Clase derugosidad
Longitudde
rugosidad(m)
Iacutendicede
energiacutea()
Tipo de paisaje
51
0 00002 100 Superficie del agua
05 00024 73Terreno completamente abierto con una superficie lisapej pistas de hormigoacuten en los aeropuertos ceacutespedcortado etc
1 003 52 Aacuterea agriacutecola abierta sin cercados ni setos y con edificiosmuy dispersos Soacutelo colinas suavemente redondeadas
15 0055 45 Terreno agriacutecola con algunas casas y setos resguardantes de8 metros de altura con una distancia aproximada de 1250m
2 01 39 Terreno agriacutecola con algunas casas y setos resguardantes de8 metros de altura con una distancia aproximada de 500m
25 02 31Terreno agriacutecola con muchas casas arbustos y plantas osetos resguardantes de 8 metros de altura con una distanciaaproximada de 250m
3 04 24Pueblos ciudades pequentildeas terreno agriacutecola con muchoso altos setos resguardantes bosques y terreno accidentado ymuy desigual
35 08 18 Ciudades maacutes grandes con edificios altos
4 16 13 Ciudades muy grandes con edificios altos y rascacielos
Foto 14 Paisaje llano correspondiente a una rugosidad de 05
28 VARIABILIDAD DE LA VELOCIDAD DEL VIENTO
281 Variabilidad del viento a corto plazo
La velocidad del viento estaacute siempre fluctuando por lo que el contenido energeacutetico del
viento variacutea continuamente La fluctuacioacuten depende tanto de las condiciones climaacuteticas
como de las condiciones de superficie locales y de los obstaacuteculos la produccioacuten de energiacutea
52
de una turbina eoacutelica variaraacute conforme variacutee el viento aunque las variaciones maacutes raacutepidas
seraacuten hasta cierto punto compensadas por la inercia del rotor del aerogenerador
Figura 10 Ejemplo de la variabilidad de la velocidad de viento de un sitio determinado
282 Variaciones diurnas (noche y diacutea) del viento
En la mayoriacutea localizaciones del planeta el viento sopla maacutes fuerte durante el diacutea que
durante la noche La figura 11 muestra en intervalos de 3 horas como variacutea la velocidad
del viento a lo largo del diacutea en una ubicacioacuten de un aerogenerador especifico
esta variacioacuten se debe a las diferencias de temperatura El viento presenta tambieacuten maacutes
turbulencias y tiende a cambiar de direccioacuten maacutes raacutepidamente durante el diacutea que durante la
noche Desde el punto de vista de los propietarios de aerogeneradores el hecho de que la
mayor parte de la energiacutea eoacutelica se produzca durante el diacutea es una ventaja ya que el
consumo de energiacutea entonces es mayor que durante la noche
53
Figura 11 Ejemplo de la variacioacuten diaria del viento de un sitio determinado
29 OBSTAacuteCULOS AL VIENTO
Los obstaacuteculos del viento tales como edificios aacuterboles formaciones rocosas etc pueden
disminuir la velocidad del viento de forma significativa y a menudo crean turbulencias en
torno a ellos
Figura 12 Vista lateral de la corriente de viento alrededor de un obstaacuteculo
Como puede verse en la figura 12 cuando las corrientes de viento fluyen alrededor de un
obstaacuteculo la zona de turbulencias puede extenderse hasta una altura alrededor de 3 veces
superior a la altura del obstaacuteculo La turbulencia es maacutes acusada detraacutes del obstaacuteculo que
delante de eacutel Asiacute pues lo mejor es evitar grandes obstaacuteculos cerca de las turbinas eoacutelicas y
en particular si se encuentran en la parte donde sopla en viento dominante es decir en
frente de la turbina
Figura 13 Vista superior de la corriente de aire alrededor de un obstaacuteculo
54
291 Resguardo tras los obstaacuteculos
Los obstaacuteculos disminuiraacuten la velocidad del viento corriente abajo del obstaacuteculo Esta
disminucioacuten depende de la porosidad del obstaacuteculo es decir de que tanta resistencia posea
el obstaacuteculo al paso del viento (la porosidad se define como el aacuterea libre dividida por el
aacuterea total del objeto de cara al viento) Obviamente un edificio es soacutelido y no tiene
porosidad mientras que un aacuterbol completamente abierto en invierno (sin hojas) puede dejar
pasar a su traveacutes maacutes de la mitad del viento Sin embargo en verano el follaje puede ser
muy denso con lo que puede hacer disminuir la porosidad hasta dejarla en una tercera
parte El efecto de frenado del viento que un obstaacuteculo produce aumenta con la altura y la
longitud del mismo obviamente el efecto seraacute maacutes pronunciado cerca del obstaacuteculo y
cerca del suelo
210 EFECTOS ACELERADORES11
2101 Efecto tuacutenel
Si se toma un camino entre dos edificios altos o en un paso estrecho entre montantildeas se
observaraacute que se da el mismo efecto el aire se comprime en la parte de los edificios o de la
montantildea que estaacute expuesta al viento y su velocidad crece considerablemente entre los
obstaacuteculos del viento
11 Tomado httpwwwwindpowerorgestourspeeduphtm
55
Figura 14 Representacioacuten graacutefica del efecto tuacutenel
Esto es lo que se conoce como efecto tuacutenel (figura 14) Asiacute pues incluso si la velocidad
normal del viento en un terreno abierto puede ser de 6 metros por segundo en un tuacutenel
natural puede faacutecilmente alcanzar los 9 metros por segundo
Situar un aerogenerador en un tuacutenel de este tipo es una forma inteligente de obtener
velocidades del viento superiores a las de las aacutereas colindantes Para obtener un buen efecto
tuacutenel el tuacutenel debe estar suavemente enclavado en el paisaje
En el caso de que las colinas sean muy accidentadas puede haber muchas turbulencias en
esa aacuterea es decir el viento soplaraacute en muchas direcciones diferentes y con cambios muy
raacutepidos Si hay muchas turbulencias la ventaja que supone la mayor velocidad del viento se
veraacute completamente anulada y los cambios en el viento pueden causar dantildeos y desgastes
innecesarios en el aerogenerador
2102 Efecto de la colina
Una forma corriente de emplazar aerogeneradores es situaacutendolos en colinas o estribaciones
dominando el paisaje circundante (figura 15a) En particular siempre supone una ventaja
tener una vista lo maacutes amplia posible en la direccioacuten del viento dominante en el aacuterea
56
Figura 15a Representacioacuten graacutefica del efecto de la colina
En las colinas siempre se aprecian velocidades de viento superiores a las de las aacutereas
circundantes Una vez maacutes esto es debido a que el viento es comprimido en la parte de la
montantildea que da al viento y una vez el aire alcanza la cima de la colina puede volver a
expandirse al descender hacia la zona de bajas presiones por la ladera a sotavento de la
colina
Figura 15b Vista lateral del efecto de la colina
Como se observa en la figura 15b el viento empieza a inclinarse alguacuten tiempo antes de
alcanzar la colina debido a que en realidad la zona de altas presiones se extiende hasta una
distancia considerable enfrente de la colina Tambieacuten el viento se hace muy irregular una
vez pasa a traveacutes del rotor del aerogenerador
57
Al igual que en el efecto tuacutenel si la colina es escarpada o tiene una superficie accidentada
puede haber una cantidad de turbulencias significativa que puede anular la ventaja que
supone tener unas velocidades de viento mayores
CAPIacuteTULO 3
3 ASPECTOS TEOacuteRICOS
31 TECNOLOGIacuteA DE AEROGENERADORES12
311 Eje
3111 Aerogeneradores de eje horizontal
La mayor parte de la tecnologiacutea de aerogeneradores utilizada en la energiacutea eoacutelica son de eje
horizontal o HAWTs (horizontal axis wind turbines) La finalidad del rotor es la de
convertir el movimiento lineal del viento en energiacutea rotacional que pueda ser utilizada para
hacer funcionar el generador El mismo principio baacutesico es el que se utiliza en las modernas
turbinas hidraacuteulicas en las que la corriente de agua es paralela al eje de rotacioacuten de los
alabes de la turbina
3112 Aerogeneradores de eje vertical
Los aerogeneradores de eje vertical o VAWTs son como las norias (maacutequinas para sacar
agua compuesta de un engranaje y un tambor que lleva colgada una serie vasijas) asiacute
algunos tipos de turbinas de eje vertical realmente tambieacuten podriacutean trabajar con un eje
horizontal aunque apenas seriacutean capaces de mejorar la eficiencia de una turbina de tipo
heacutelice La uacutenica turbina de eje vertical que ha sido comercialmente fabricada para diversas
capacidades es la maacutequina Darrieus que debe su nombre al ingeniero franceacutes Georges
Darrieus quien patentoacute el disentildeo en 1931
12 MANATTINI Martiacuten Sistema conversor de energiacutea eoacutelica a 10kW Buenos Aires 2000 Trabajo de grado(Ingeniero Mecaacutenico) Universidad del Rosario Facultad de Ingenieriacutea Mecaacutenica
58
La maacutequina Darrieus se caracteriza por sus palas en forma de C que le hacen asemejarse a
un batidor de huevos Normalmente se construye con dos o tres palas(ver foto 15)
Foto 15 Maacutequina Darrieus
Las principales ventajas teoacutericas de una maacutequina de eje vertical son
1 Puede situar el generador el multiplicador etc en el suelo y puede no tener que
necesitar una torre para la maacutequina
2 No necesita un mecanismo de orientacioacuten para girar el rotor en contra del viento
Las principales desventajas son
1 A pesar que se puede evitar la torre las velocidades de viento seraacuten maacutes bajas en la
parte inferior (sitio del montaje del rotor)
2 La eficiencia promedio de las maacutequinas de eje vertical no es tan alta
3 La maacutequina no es de arranque automaacutetico es decir una maacutequina Darrieus
necesitaraacute un empuje antes de arrancar Sin embargo se puede utilizar el
generador como motor absorbiendo corriente de red para arrancar la maacutequina
4 La maacutequina puede necesitar cables tensores que la sujeten aunque esta solucioacuten no
es practicable en aacutereas muy cultivadas
5 Para sustituir el cojinete principal del rotor se necesita desmontar el rotor (esto es
aplicable tanto en las maacutequinas de eje horizontal como en las de eje vertical) En el
caso de las maacutequinas verticales esto implica que todo el sistema deberaacute ser
desmontado
59
312 Rotor
El rotor de una turbina eoacutelica es la parte esencial para conversioacuten de energiacutea cineacutetica del
aire en energiacutea mecaacutenica rotacional uacutetil en el eje se compone de las aspas y el cubo
(elemento de sujecioacuten de las aspas y conexioacuten del eje del equipo)
3121 Maacutequinas con rotor a barlovento
Las maacutequinas con rotor a barlovento tienen el rotor de cara al viento la gran mayoriacutea de los
aerogeneradores tienen este disentildeo La principal ventaja de los disentildeos corriente arriba es
que se evita el abrigo del viento tras la torre Por otro lado tambieacuten hay algo de abrigo
enfrente de la torre es decir el viento empieza a desviarse de la torre antes de alcanzarla
incluso si la torre es redonda y lisa
Foto 16 Aerogenerador con rotor a barlovento
El principal inconveniente de los disentildeos corriente arriba es que el rotor necesita ser
bastante inflexible y estar situado a una cierta distancia de la torre Ademaacutes una maacutequina
corriente arriba necesita un mecanismo de orientacioacuten para mantener el rotor de cara al
viento
60
3122 Maacutequinas con rotor a sotavento
Foto 17 Aerogenerador con rotor a sotavento
Las maacutequinas con rotor a sotavento tienen el rotor situado en la cara a sotavento de la torre
La ventaja teoacuterica que tienen es que pueden ser construidos sin un mecanismo de
orientacioacuten ya que el rotor y la carcasa tienen un disentildeo apropiado que hace que la carcasa
siga al viento pasivamente
La siguiente tabla relaciona el tamantildeo la potencia nominal del equipo y la velocidad tiacutepica
de rotacioacuten del rotor para una velocidad de viento nominal de 12ms
Tabla 10 Tamantildeo tiacutepico de aerogeneradores y su velocidad de rotacioacuten
Diaacutemetro del
rotor (m)
Potencia nominal a 12
ms del viento
Velocidad de rotacioacuten
tiacutepica (rpm)
10 100W 1000
25 1kW 500
70 8kW 200
175 50kW 80
250 100kW 50
400 260kW 35
Estos valores estaacuten sujetos a variaciones dependiendo de las caracteriacutesticasdel lugar de instalacioacuten del aerogenerador
61
313 Nuacutemero de aspas13
3131 Tripala
La mayoriacutea de aerogeneradores modernos tienen disentildeos tripala con el rotor a barlovento
en la cara de la torre que da al viento usando motores eleacutectricos en sus mecanismos de
orientacioacuten A este disentildeo se le suele llamar el claacutesico concepto daneacutes y tiende a
imponerse como estaacutendar al resto de conceptos evaluados La gran mayoriacutea de las turbinas
vendidas en los mercados mundiales poseen este disentildeo El concepto baacutesico fue introducido
por primera vez por el ceacutelebre aerogenerador de Gedser Otra de las caracteriacutesticas es el uso
de un generador asiacutencrono
Figura 16 Aerogenerador de tres aspas
3132 Bipala (oscilantebasculante)
Los disentildeos bipala de aerogeneradores tienen la ventaja de ahorrar el costo de una aspa y
por su puesto su peso Sin embargo suelen tener dificultades para penetrar en el mercado
en parte porque necesitan una mayor velocidad de giro para producir la misma energiacutea de
salida Esto supone una desventaja tanto en lo que respecta al ruido como al aspecto visual
Aproximadamente desde principios de los antildeos 90 varios fabricantes tradicionales de
maacutequinas bipala han optado por cambiar a disentildeos tripala
13 Tomado httpwwwwindpowerorgestourdesignconceptshtm
62
Figura 17a Aerogenerador de dos aspas
Las maacutequinas bi y monopala requieren de un disentildeo maacutes complejo con un rotor basculante
(buje oscilante) como el que se muestra en la figura 17b es decir el rotor tiene que ser
capaz de inclinarse con el fin de evitar fuertes sacudidas en la turbina cada vez que una de
las aspas pase por la torre Asiacute pues el rotor estaacute montado en el extremo de un eje
perpendicular al eje principal y que gira junto con el eje principal Esta disposicioacuten puede
necesitar de amortiguadores adicionales que eviten que las aspas del rotor choquen contra
la torre
Figura 17b Aerogenerador de dos aspas con rotor basculante
63
3133 Monopala
Los aerogeneradores monopala existen y ahorran el costo de otra aspa sin embargo los
aerogeneradores monopala no estaacuten muy extendidos comercialmente pues los
inconvenientes de los bipala tambieacuten son aplicables e incluso en mayor medida a las
maacutequinas monopala
Figura 18a Aerogenerador de una aspa
Ademaacutes de una mayor velocidad de giro y de los problemas de ruido y de intrusioacuten visual
necesitan un contrapeso en el lado del buje opuesto a la aspa que equilibre el rotor (veacutease
figura 18b) Obviamente esto anula el ahorro de peso comparado con un disentildeo bipala
Figura 18b Disposicioacuten del contrapeso de un aerogenerador monopala
64
314 Generador
Figura 19 Disposicioacuten tiacutepica de elementos de un aerogenerador
El aerogenerador convierte la energiacutea mecaacutenica en energiacutea eleacutectrica Los aerogeneradores
son algo inusuales si se les compara con los otros equipos generadores que suelen
encontrarse conectados a la red eleacutectrica
Una de las razones es que el generador debe trabajar con una fuente de potencia el rotor de
la turbina eoacutelica que suministra una potencia mecaacutenica muy variable (momento torsor)
3141 Generadores de corriente continua
El dinamo es una maquina eleacutectrica sencilla que se viene utilizando desde hace mucho
tiempo y que no presenta demasiadas complicaciones Su mayor inconveniente tal vez es
que utiliza escobillas en el colector lo que exige un mantenimiento superior al de los
alternadores
En los dinamos el inducido es el rotor la corriente generada en las bobinas inducidas es
alterna pero la salida se obtiene mediante dos semianillos en un giro por dos escobillas
colectoras que con el tiempo se desgastan Las bobinas inductoras se encuentran en el
estator y son alimentadas en serie o en paralelo por la corriente generada por la propia
maquina El arranque se realiza utilizando el magnetismo remanente en los polos inducidos
65
3142 Generadores de excitacioacuten o sincronos
Los generadores sincronos son alternadores claacutesicos que reciben la corriente de excitacioacuten
en forma de corriente continua bien sea desde una fuente exterior o desde otro alternador
auxiliar con rectificador incorporado Estos alternadores presentan ventajas sobre los
dinamos debido a que proporcionan mayor potencia con el mismo peso y a que trabajan a
un margen de revoluciones maacutes amplio Otra ventaja importante es que reciben la corriente
inductora en el motor a traveacutes de dos anillos completos por los que se deslizan las
escobillas y por los que pasan solo bajas intensidades resultando maacutes robustos que los
dinamos y con menos requisitos de mantenimiento Finalmente los alternadores sincronos
funcionan siempre de forma muy regular y pueden trabajar tanto en paralelo con la red
como alimentando sistemas eoacutelicos autoacutenomos
3143 Generadores de induccioacuten o asiacutencronos
Los generadores de induccioacuten reciben la corriente de excitacioacuten de una fuente exterior que
puede ser la red o alguacuten generador auxiliar pero en cualquier caso se trata de una corriente
alterna que crea un campo magneacutetico alterno de la misma frecuencia en el inductor
Los sistemas de control de los generadores de induccioacuten tienen la ventaja de que utilizan u
rotor jaula de ardilla el cual no necesita ni anillos ni escobillas Sin embargo el hecho de
depender de la red limita su aplicacioacuten y hay que prever los efectos de posibles fallos en la
alimentacioacuten o sobretensiones que ocurren con relativa frecuencia en las redes rurales
3144 Voltaje generado (tensioacuten)
Los generadores anteriormente mencionados pueden producir corriente alterna o corriente
directa Los equipos eoacutelicos de generacioacuten producen electricidad a una variedad de voltajes
desde 12 a 24VDC para carga de bateriacuteas o desde 120 a 240VCA para interconexioacuten con
la red eleacutectrica aunque se pueden conseguir otros voltajes seguacuten necesidad
En grandes aerogeneradores (alrededor de 100-150kW) el voltaje generado por la turbina
suele ser de 690V de corriente alterna trifaacutesica CA Posteriormente la corriente es enviada
a traveacutes de un transformador anexo a la turbina (o dentro de la torre) para aumentar su
voltaje entre 10000 y 30000V dependiendo del estaacutendar de la red eleacutectrica local
66
3145 Sistema de refrigeracioacuten
Todos los tipos de generadores necesitan refrigeracioacuten durante su funcionamiento En la
mayoriacutea de turbinas la refrigeracioacuten se lleva a cabo mediante encapsulamiento del
generador en un conducto utilizando un gran ventilador para la refrigeracioacuten por aire
aunque algunos fabricantes usan generadores refrigerados por agua Los generadores
refrigerados por agua pueden ser construidos de forma maacutes compacta lo que tambieacuten les
proporciona algunas ventajas en cuanto a rendimiento eleacutectrico se refiere aunque precisan
de un radiador en la carcasa para eliminar el calor del sistema de refrigeracioacuten por liacutequido
3146 Opciones de disentildeo en generadores y conexioacuten a red
Las turbinas eleacutectricas pueden ser disentildeadas tanto con generadores siacutencronos como
asiacutencronos y con varias formas de conexioacuten directa o conexioacuten indirecta a red del
generador
La conexioacuten directa a red significa que el generador estaacute conectado directamente a la red
de corriente alterna (generalmente trifaacutesica) La conexioacuten indirecta a red significa que la
corriente que viene de la turbina pasa a traveacutes de una serie de dispositivos eleacutectricos que
ajustan la corriente para igualarla a la de la red En generadores asiacutencronos esto ocurre de
forma automaacutetica
315 Sistema de transmisioacuten14
Este sistema convierte la energiacutea rotacional suministrada por la turbina a traveacutes de su eje
en movimiento para alimentacioacuten del generador eleacutectrico En sistemas pequentildeos (menos de
10kW de potencia eleacutectrica nominal) se utiliza comuacutenmente generadores de imanes
permanentes especialmente disentildeados para ser aclopados a turbinas eoacutelicas y por tanto no
se utiliza una caja de aumento de velocidad de rotacioacuten realizaacutendose una conexioacuten directa
entre el rotor y el generador teniendo en cuenta que la turbina eoacutelica gira entre 30 y 100
rpm dependiendo su diaacutemetro
14 PINILLA S Aacutelvaro Manual de aplicacioacuten de la energiacutea eoacutelica Bogotaacute DC INEA 1997 p43
67
3151 Sistema de transmisioacuten sin engranajes
Se usan generadores multipolos de baja velocidad de grandes dimensiones que implica
cierta desventaja en el transporte especialmente en la magnitud de los MW de otro lado el
nuacutemero de partes de maquinaria se reduce considerablemente (caja de engranajes
elementos de acople pocos elementos rotacionales) ademaacutes el disentildeo de la carcasa se
simplifica se usa en combinacioacuten de un control por peacuterdidas aerodinaacutemicas y un sistema de
orientacioacuten eleacutectrico de la turbina se evita asiacute mismo cualquier lubricacioacuten esta es una
ventaja de mantenimiento y operacioacuten Los costos son mayores con respecto a la
transmisioacuten con engranajes Su aplicacioacuten es muy limitada debido a la dificultad en el
transporte como consecuencia de su gran tamantildeo y tambieacuten por su alto costo
3152 Sistema de transmisioacuten con engranajes
Es la forma tradicional de disentildear una turbina esta es la unioacuten entre el rotor y el generador
por medio de una transmisioacuten de engranajes y acoples Su costo es menor presenta una
carcasa maacutes compacta lo cual es posible con la integracioacuten de muchos componentes dentro
de la caja de engranajes correctamente disentildeado es capaz de tener una vida uacutetil de 20 antildeos
aproximadamente y el cambio de aceite lubricante puede ser hecho pocas veces La gran
mayoriacutea de fabricantes de aerogeneradores en todo el mundo utiliza este sistema ya que su
tamantildeo se reduce considerablemente asiacute como su costo
316 Torres
La torre del aerogenerador soporta la carcasa y el rotor En los grandes aerogeneradores las
torres tubulares pueden ser de acero de celosiacutea o de hormigoacuten
Las torres tubulares tensadas con cables de acero solo se utilizan en aerogeneradores de
baja potencia (cargadores de bateriacuteas etc)
68
3161 Torres tubulares de acero
La mayoriacutea de los grandes aerogeneradores actualmente se instalan con torres tubulares de
acero como las de la foto 18 fabricadas en secciones de 20-30metros con bridas en cada
uno de los extremos y son unidas con pernos Las torres son tronco-coacutenicas es decir con
un diaacutemetro creciente hacia la base con el fin de aumentar su resistencia y al mismo tiempo
ahorrar material
Foto 18 Torres tubulares de acero
3162 Torres de celosiacutea
Las torres de celosiacutea son fabricadas utilizando perfiles de acero soldados La ventaja baacutesica
de las torres de celosiacutea es su costo puesto que una torre de celosiacutea requiere soacutelo la mitad de
material que una torre tubular sin sustentacioacuten adicional con la misma rigidez La principal
desventaja de este tipo de torres es su apariencia visual En cualquier caso por razones
esteacuteticas las torres de celosiacutea han desaparecido praacutecticamente en los grandes
aerogeneradores modernos
69
Foto 19 Aerogenerador con torre de celosiacutea
3163 Torres de maacutestil tensadas con cables de acero
Muchos de los aerogeneradores pequentildeos estaacuten construidos con delgadas torres de maacutestil
sostenidas por cables tensores La ventaja es el ahorro de peso y por lo tanto de costo La
desventaja es el difiacutecil acceso a las zonas alrededor de la torre
Finalmente este tipo de torres es maacutes propensa a sufrir actos vandaacutelicos lo que
compromete la seguridad del conjunto
Foto 20 Aerogenerador con torre de maacutestil tensado
70
317 Sistema eleacutectrico15
La conversioacuten de energiacutea de muchas turbinas modernas puede ser dividida en 3 conceptos
principales maacutequinas con velocidad constante maacutequinas con 1 o 2 velocidades y maacutequinas
de velocidad variable Los 3 principales componentes para conversioacuten de energiacutea en
turbinas eoacutelicas son rotor caja de engranajes y generador
En las maacutequinas de velocidad constante el generador es directamente conectado a la red
principal (esta red es la del sistema de transmisioacuten) La frecuencia de la red determina la
velocidad rotacional del generador y asiacute la del rotor
La baja velocidad rotacional del rotor de la turbina (Vrotor) es trasladada a la velocidad
rotacional del generador con la relacioacuten de transmisioacuten (r) de la caja de engranajes La
velocidad de generador depende del nuacutemero de polos (p) y la frecuencia de la red (Fred)
rVV generadorrotor ==== pFV redgenerador ==== prFV redrotor ====
Las ventajas maacutes grandes de las turbinas eoacutelicas con generadores asiacutencronos son
1 La simple y econoacutemica construccioacuten
2 No existen mecanismos de sincronizacioacuten
Como desventajas se tiene
1 Las altas corrientes de arranque
2 Su demanda por potencia reactiva
En maacutequinas de velocidad variable el generador es conectado a la red por un sistema
inversor electroacutenico o el embobinado de excitacioacuten del generador es movido por una
frecuencia externa de un inversor
15 URIBE C Juan P Estudio sobre la viabilidad teacutecnica y econoacutemica del uso de sistemas hiacutebridos para lageneracioacuten de energiacutea eleacutectrica Bogotaacute DC 1996 Trabajo de grado (Ingeniero Eleacutectrico) Universidad delos Andes Facultad de Ingenieriacutea Eleacutectrica
71
En el primer caso se habla de sistemas generadores con corriente directa asociada al
inversor y en el segundo caso se habla de sistemas del generador asincroacutenico doble
La idea baacutesica de la turbina de velocidad variable es la posibilidad de separacioacuten de la
velocidad rotacional del generador y asiacute del rotor de la frecuencia de la red El rotor puede
operar con velocidad variable ajustado a la velocidad del viento actual de la situacioacuten
Las principales ventajas son
1 Reduccioacuten de la potencia
2 Reduccioacuten de las fluctuaciones de carga mecaacutenicas cambiando la energiacutea eoacutelica en
energiacutea rotacional del rotor de la turbina
3 Mejor ajuste de la velocidad del rotor para operar con un coeficiente de potencia
maacuteximo
3171 Conexioacuten a la red de las turbinas
La conexioacuten de las turbinas a los sistemas suplementarios es posible a
1 Sistemas de bajo voltaje para turbinas pequentildeas a medianas hasta 300kW
2 Sistemas de voltaje medio para turbinas medianas a grandes y pequentildeas a medianas
granjas eoacutelicas hasta 10 a 15MW
3 Sistemas de voltaje alto grandes granjas eoacutelicas
Muchas de las turbinas son conectadas al sistema de voltaje medio debido a las altas
peacuterdidas en los voltajes de liacutenea bajos
Cada una de la turbinas en las granjas eoacutelicas tienen un propio transformador del nivel de
voltaje medio Para granjas eoacutelicas grandes se requiere una subestacioacuten separada por la
transformacioacuten del sistema de voltaje medio al sistema de voltaje alto requerido
72
32 EXTRACCIOacuteN DE POTENCIA16
Los aerogeneradores usan la energiacutea eoacutelica del flujo de viento Sus rotores reducen la
velocidad del viento V1 a una velocidad V2 detraacutes del rotor (ver figura 20)
Figura 20 Caracterizacioacuten del viento para la extraccioacuten de potencia en un aerogenerador
Para evaluar la energiacutea contenida por el viento se deben hacer las siguientes
consideraciones
El viento en el momento de pasar a traveacutes del rotor del aerogenerador lleva una energiacutea
que es igual a
]Julios[vm50E2
VVv ==== (1)
Donde
Ev Energiacutea cineacutetica [J]
vV Velocidad del viento [ms]
mV Masa del viento [kg]
16 RESTREPO V Aacutelvaro H Aerogeneracioacuten experimental de baja potencia Bogotaacute DC 1998 Trabajo demagiacutester (Ingeniero Mecaacutenico) Universidad de los Andes Facultad de Ingenieriacutea Mecaacutenica
73
Como el viento que pasa a traveacutes del rotor no se acumula la cantidad de masa de viento
por unidad de tiempo que esta antes del rotor es la misma despueacutes de haber pasado por el
Es decir
]skg[vAm vrvv ρρρρ==== (2)
Donde
mv Flujo maacutesico del viento [kgs]
ρρρρv Densidad del viento [kgm3] (aprox 12kgm3)
Ar Aacuterea barrida por el rotor [m2]
vv Velocidad del viento [ms]
La potencia que tiene el viento dividiendo por la unidad de tiempo la ecuacioacuten (1) es
]vatios[vm50P 2vvv ==== (3)
Si se reemplaza la ecuacioacuten (2) en la ecuacioacuten (3) se obtiene la potencia eoacutelica medida en
vatios la cual es directamente proporcional al cubo de su velocidad
]vatios[vA50P 3vrvv ρρρρ==== (4)
En donde
Pv Potencia del viento en vatios [W]
Sin embargo no toda la potencia del viento puede ser convertida a energiacutea mecaacutenica del
rotor si toda la potencia se aprovechara la velocidad del viento detraacutes del rotor seria igual
a cero Como esto no sucede existe un liacutemite para la extraccioacuten de dicha potencia
denominado el liacutemite de Betz
74
321 Potencia maacutexima uacutetil extraiacuteda al viento
El porcentaje maacuteximo teoacuterico que se puede obtener de la potencia del viento teniendo en
cuenta el liacutemite de Betz es entonces
]vatios)[vA50(5930P 3vrvUV ρρρρ==== (5)
Donde
PUV Potencia maacutexima uacutetil extraiacuteda del viento [W]
0593 Liacutemite de Betz (Coeficiente de desarrollo)
El coeficiente de desarrollo [Cp] en condiciones ideales es 1627 = 0593 el cual se va
explicar seguidamente de acuerdo con la ley de Betz
3211 La ley de Betz
La ley de Betz fue formulada por primera vez por el fiacutesico alemaacuten Albert Betz en 1919 y
dice que ldquosoacutelo puede convertirse menos de 1627 (el 59) de la energiacutea cineacutetica en
energiacutea mecaacutenica usando un aerogeneradorrdquo
3212 Demostracioacuten de la ley de Betz17
Se considera cosa bastante razonable que la velocidad promedio del viento a traveacutes del
aacuterea del rotor es el promedio de la velocidad del viento sin perturbar antes de la turbina
eoacutelica v1 y la velocidad del viento despueacutes de su paso por el plano del rotor v2 (veacutease
figura 20) esto es
(((( )))) 22v1v ++++ (6)
La masa de la corriente de aire a traveacutes del rotor durante un segundo es
2)2v1v(Am rv ++++==== ρρρρ (7)
75
Donde
m Masa por segundo
ρρρρv Densidad del aire
Ar Aacuterea barrida por el rotor
[(v1+v2)2] Velocidad del viento promedio a traveacutes del aacuterea del rotor
La potencia del viento extraiacuteda por el rotor es igual a la masa por la diferencia de los
cuadrados de la velocidad del viento (de acuerdo con la segunda ley de Newton)
)2v1v(m)21(P 22 minusminusminusminus==== (8)
Sustituyendo en esta expresioacuten la m de la ecuacioacuten (9) se obtiene la siguiente expresioacuten
para la potencia extraiacuteda del viento
r22 A)2v1v()2v1v()4(P ++++minusminusminusminus==== ρρρρ (9)
Ahora este resultado se compara con la potencia total de una corriente de viento no
perturbada a traveacutes de exactamente la misma aacuterea sin ninguacuten rotor que bloquee el viento
Llamando a esta potencia P0
r3 A1v)2(Po ρρρρ==== (10)
La relacioacuten entre la potencia que extraemos del viento y la potencia del viento sin perturbar
es
))1v2v(1()1v2v(1()21()PoP( 2 ++++minusminusminusminus==== (11)
17 Tomado http wwwwindpowerorgesstatbetzprohtm
76
Asiacute se puede dibujar PP0 en funcioacuten de v2v1
Figura 21 Potencia maacutexima extraiacuteda del viento
Se puede ver que la funcioacuten alcanza su maacuteximo para v2v1 = 13 (0333) y que el valor
maacuteximo de la potencia extraiacuteda del viento es de 059 veces oacute 1627 de la potencia total del
viento
CAPIacuteTULO 4
4 ANAacuteLISIS TEacuteCNICO
41 DETERMINACIOacuteN DEL SITIO
Para desarrollar la presente aplicacioacuten teacutecnica de la energiacutea eoacutelica fue seleccionado como
sitio la vereda Tibista zona rural de Saboyaacute municipio del departamento de Boyacaacute El
sitio fue seleccionado gracias a las caracteriacutesticas topograacuteficas de esta zona debido a que la
vegetacioacuten es fundamentalmente hierba con pocos aacuterboles pequentildeos (ya que este es un
factor muy importante que se tuvo en cuenta) Este lugar esta a una altura de 2800 msnm
411 Saboyaacute (Boyacaacute)
Su cabecera estaacute localizada a los 5deg42rsquo03rdquo de latitud norte y 73deg46rsquo08rdquo de longitud oeste
con una temperatura media de 14degC a 2600msnm localizado a una distancia de 85km de
Tunja El aacuterea municipal es de 251km2 y limita por el norte con el departamento de
Santander por el este con los municipios de Santa Sofiacutea y Sutamarchan por el sur con
Chiquinquiraacute y por el oeste con Bricentildeo y Chiquinquiraacute Su territorio es montantildeoso y
corresponde a la cordillera oriental su principal afluente es el riacuteo Suaacuterez
Seguacuten censo de 1993 la poblacioacuten de la cabecera municipal era de 671 habitantes y el
sector rural teniacutea 12177 habitantes las actividades econoacutemicas de mayor importancia son
la agricultura (maiacutez papa plaacutetano y cafeacute) la ganaderiacutea y el comercio
78
Figura 22 Ubicacioacuten del municipio de Saboyaacute (Boyacaacute)
412 Vereda Tibista
Esta vereda se encuentra localizada a 2800 msnm a una distancia de 5km de la cabecera
municipal de Saboyaacute seguacuten censo realizado por la subdireccioacuten de geografiacutea del Instituto
Geograacutefico Agustiacuten Codazzi en su esquema de ordenamiento territorial municipal 2001 ndash
2009 para Saboyaacute la poblacioacuten para esta vereda era de 1600 habitantes su vegetacioacuten
predominante es el curubo el maiacutez y pasto para ganaderiacutea Para la ubicacioacuten geograacutefica de
esta vereda ver anexo 1
42 METODOLOGIacuteA GENERAL PARA LA REALIZACIOacuteN DEL PROYECTO
La metodologiacutea que se describe a continuacioacuten seraacute la utilizada para realizar una apropiada
evaluacioacuten del recurso eoacutelico en la vereda Tibista y posterior anaacutelisis de ingenieriacutea para el
montaje del sistema conversor de energiacutea eoacutelica
1 Estudio del potencial eoacutelico para la zona haciendo un anaacutelisis del reacutegimen de vientos
2 Modelamiento matemaacutetico para calcular la entrega de energiacutea eoacutelica
79
3 Estimacioacuten del consumo de energiacutea eleacutectrica para una vivienda rural incluyendo la
bomba centriacutefuga para el suministro de agua y equipos utilizados en el aacuterea agriacutecola
4 Anaacutelisis para el desempentildeo del aerogenerador
5 Caacutelculo del banco de bateriacuteas
6 Caacutelculo del inversor
7 Caacutelculo del regulador
8 Montaje final del sistema conversor de energiacutea eoacutelica
421 Estudio del potencial eoacutelico
Se contoacute con datos confiables de medicioacuten de velocidad de viento tomados a 10m de altura
con respecto a la superficie suministrados por la CAR (Corporacioacuten Autoacutenoma Regional
de Cundinamarca) gracias a una estacioacuten metereoloacutegica que esta entidad teniacutea ubicada en
la vereda Tibista zona rural de Saboyaacute llamada ldquoALTO SABOYAacuterdquo Con la informacioacuten
recopilada se obtiene un promedio del reacutegimen de vientos anual mensual diario y horario
ademaacutes un estudio de frecuencia por horas Todo esto para hallar la funcioacuten de densidad de
probabilidad de Weibull que caracteriza el comportamiento del viento a nivel general para
hallar el factor de forma K que se explicaraacute en el numeral 422
4211 Estacioacuten ldquoAlto Saboyaacuterdquo
En la tabla 11 se muestran los datos de la estacioacuten metereoloacutegica utilizada por la CAR
para el estudio de reacutegimen de vientos y en el anexo 2 se puede observar la ubicacioacuten
geograacutefica de dicha estacioacuten
Tabla 11 Datos geograacuteficos de la estacioacuten metereoloacutegica
ESTACIOacuteN 2401520 ALTO SABOYAacute
Entidad CAR Zona norte
Latitud 0543N Departamento Boyacaacute
Longitud 7349W Municipio Saboyaacute
Elevacioacuten 2800 msnm Cuenca Riacuteo Suaacuterez
80
4212 Anaacutelisis del reacutegimen de vientos
La informacioacuten del reacutegimen de vientos se puede ilustrar en la tabla 12 la cual nos indica el
promedio diario y mensual durante 1997 En el anexo 3 se pueden observar los regiacutemenes
de vientos de la estacioacuten ldquoALTO SABOYAacuterdquo de antildeos anteriores a 1997 con el fin de
justificar que el potencial eoacutelico para la zona no ha cambiado intensamente en el tiempo
Tabla 12 Direccioacuten predominante y velocidad media diaria del viento en ms para la
estacioacuten ldquoALTO SABOYAacuterdquo
DIA ENERO FEBRERO MARZO ABRIL MAYO JUNIO JULIO AGOSTO SEPTIEM OCTUBRE NOVIEM DICIEM
1 SW 26 E 98 SW 26 NE 71 NE 75 NE 81 E 29 E 85 NW 212 E 52 NE 59 SW 27 NE 72 E 67 NE 60 E 55 E 64 NE 303 NE 83 E 58 NE 63 E 45 N 45 NE 50 E 92 E 65 NE 314 NW 27 E 66 E 62 N 59 E 33 N 49 N 21 E 78 E 58 NE 795 NW 25 W 36 NE 57 E 65 NE 28 N 41 E 56 E 84 E 58 NE 1006 E 39 NW 25 NE 28 E 65 NE 55 NE 63 N 85 NE 81 E 57 NE 957 NE 51 W 29 E 40 E 60 NW 22 NE 73 NE 147 NE 97 NE 32 NE 878 E 50 NE 30 E 38 E 94 W 26 N 54 E 118 E 115 NE 52 N 629 NE 25 NE 39 NE 26 E 35 E 86 E 39 NE 63 NE 99 E 50 NW 2510 NE 21 NE 34 E 47 E 46 E 70 E 84 NE 58 E 65 E 59 E 5411 SW 22 NE 76 E 47 E 35 NE 50 NE 63 N 27 E 55 NE 3112 W 31 E 91 E 69 E 52 NE 54 E 91 E 58 SE 31 NE 3613 NW 31 E 103 E 87 E 62 NE 83 N 60 NE 75 NE 74 SW 2514 NW 23 E 114 E 57 E 62 NE 65 N 67 N 50 NE 74 SW 32 SW 4515 SW 35 E 90 E 42 E 50 NE 42 N 50 N 48 NE 124 SW 24 W 2316 W 26 NE 42 NE 43 E 88 E 92 NE 39 NE 66 N 54 NE 117 SW 28 NE 2917 NW 24 NE 72 NE 32 E 83 E 76 NE 74 NE 79 N 66 NE 88 W 35 NE 3218 W 30 E 72 E 61 E 100 NE 44 NE 107 NE 65 E 68 NW 32 NE 4019 SW 26 NW 24 NE 75 NE 57 NE 88 N 65 NE 39 NE 18 E 3720 SW 23 E 57 W 56 N 57 NE 60 NE 81 NE 83 NE 46 NE 34 E 4121 E 32 W 54 N 47 NE 26 NE 67 N 61 NE 29 NE 32 NE 5422 SW 26 W 51 E 76 NE 40 N 59 N 61 E 43 N 43 E 8423 W 31 E 58 W 47 NE 88 NE 107 NE 64 E 35 E 37 E 8324 E 30 E 70 SW 31 W 20 NE 44 NE 157 E 59 E 61 NE 82 NE 3125 E 29 E 67 SW 32 NW 23 NE 37 NE 151 E 100 E 73 N 55 W 2726 W 29 E 69 SW 41 NE 28 NE 44 NE 146 E 121 NE 82 N 28 SW 3627 W 30 E 91 W 52 E 27 E 32 NE 122 NE 133 NE 94 N 42 W 3728 SW 34 E 98 W 45 W 34 NE 95 NE 99 N 28 NE 3129 W 34 S 37 E 51 NE 88 E 74 E 110 NE 29 E 6130 W 38 S 33 NE 89 NE 54 N 26 NE 50 NE 45 E 4731 SW 26 S 37 NE 49 E 50 E 74
MEDIA SW 29 E 55 E 54 E 48 E 67 NE 50 NE 80 NE 75 NE 68 NE 50 E 48 NE 54
MEDIA NE 57
81
Con los datos descritos en la tabla 12 se procede a determinar las variaciones de la
velocidad de viento en diferentes lapsos de tiempo durante el antildeo Estos resultados se
lograron gracias a la aplicacioacuten del programa HOMERPRO (The Hybrid Optimization
Model for Electric Renewables) del NREL (National Energy Research Laboratory)18 Asiacute
NREL es un instituto del Departamento de Energiacutea de los Estados Unidos ubicado en
Colorado (California) El instituto es un centro principal para la investigacioacuten en las ceacutelulas
de combustible en la energiacutea solar en la energiacutea eoacutelica en la de las plantas Ademaacutes de los
edificios inteligentes disentildeo de vehiacuteculos avanzados en la energiacutea geoteacutermica y del
hidroacutegeno
Figura 23 Velocidad anual del viento en la vereda Tibista (ms)
18 Tomado httpwwwnrelgovhomerpro
82
Figura 24 Velocidad mensual del viento en la vereda Tibista (ms)
Figura 25 Velocidad diaria del viento en la vereda Tibista (ms)
83
Figura 26 Velocidad horaria del viento en la vereda Tibista (ms)
Analizando los datos recopilados se pudo obtener una informacioacuten de una velocidad media
anual de 57ms velocidad adecuada para llevar a cabo el proyecto de aprovechamiento
energeacutetico como se indica en la tabla 13 el montaje de un aerogenerador es viable para
este rango de velocidad
84
Tabla 13 Relaciones generales entre viabilidad y velocidad de viento para su uso como
fuente de energiacutea19
Promedio anual de velocidad de
viento a 10m de altura
Posibilidad de uso de la energiacutea eoacutelica
Menor a 3ms Usualmente no es viable a menos que existan
circunstancias especiales como las variaciones
estacioacutenales
3 ndash 4ms Puede ser una buena opcioacuten para equipos eoacutelicos de
bombeo de agua (aerobombeo) poco viable para
generacioacuten eleacutectrica con equipos eoacutelicos
(aerogeneracioacuten)
4 ndash 5ms Aerobombas son competitivas econoacutemicamente a
los equipos diesel aerogeneracioacuten con equipos
autoacutenomos es viable
Maacutes de 5ms Viable para aerobombeo y aerogeneracioacuten con
sistemas autoacutenomos
Maacutes de 6ms Viable para aerobombeo aerogeneracioacuten con
sistemas autoacutenomos y para sistemas conectados a la
red eleacutectrica
422 Modelamiento matemaacutetico para calcular la entrega de energiacutea eoacutelica20
Este anaacutelisis matemaacutetico combina el comportamiento de sistemas de conversioacuten de energiacutea
eoacutelica con las condiciones de viento como frecuencia de distribucioacuten del mismo Este
anaacutelisis permite hacer una estimacioacuten vaacutelida y bastante cercana de la produccioacuten neta de un
sistema eoacutelico cuando dicho sistema es localizado en un reacutegimen de vientos especiacutefico
Para este caso la vereda Tibista zona rural del municipio de Saboyaacute (Boyacaacute)
19 PINILLA S Aacutelvaro Manual de aplicacioacuten de la energiacutea eoacutelica Bogotaacute DC INEA 1997 p29
20 Ibid p71
85
Los registros continuos de la velocidad del viento se traducen en una curva de frecuencia de
velocidades que en realidad corresponden a un histograma de velocidades Esta curva se
hace para el antildeo completo permitiendo conocer asiacute los rangos de velocidad y el porcentaje
del tiempo total a que corresponde cada una Al agrupar los datos mensualmente se
determinar las variaciones estacioacutenales y finalmente el comportamiento del viento a largo
del antildeo La curva de frecuencia de velocidades permite conocer la cantidad de horas en la
que una velocidad dada aparece en un sitio y se le puede dar la forma de frecuencia de
energiacutea por unidad de aacuterea obteniendo la velocidad de viento de maacutexima energiacutea
De los anaacutelisis estadiacutesticos de la distribucioacuten de velocidades del viento se ha observado un
patroacuten tiacutepico al que es posible aplicarle una funcioacuten matemaacutetica La funcioacuten de distribucioacuten
de WEIBULL modela con relativa exactitud el comportamiento del viento la ecuacioacuten de
Weibull estaacute definida por
)xG(1K KexGk)x(f minusminus= (1)
Donde k es el factor de forma de Weibull que en este caso tiene un valor de 201 ( hallado
gracias al programa HOMERPRO descrito anteriormente) y χ es la variacioacuten de la
velocidad desde 0 a 30ms y G se puede calcular como
k0434O568G += (2)
01243405680G +=
78390G ====
86
Reemplazando los datos anteriormente obtenidos en la ecuacioacuten (1) se obtiene la funcioacuten de
probabilidad Posteriormente tomando valores de 0 a 30ms se encuentra la curva de
frecuencia de velocidades para la vereda Tibista (ver figura 27)
)x78390(1012 012ex78390012)x(f minusminusminusminusminusminusminusminus====
Figura 27 Probabilidad de Weibull para la vereda Tibista
423 Estimacioacuten del consumo tiacutepico para vivienda rural
En la tabla 14 se presenta la estimacioacuten del consumo de energiacutea eleacutectrica de algunos
electrodomeacutesticos que son utilizados comuacutenmente en una vivienda de este tipo incluyendo
algunos equipos agriacutecolas Se toma un estimativo de seis habitantes para dicha vivienda
87
Tabla 14 Consumo tiacutepico de energiacutea eleacutectrica en la zona de estudio
EQUIPO Cantidad Potencia (W)
Potencia Pico(W)
HorasUso
kWhDiacutea
kWhMes
Bombilla ahorradora 8 20 160 800 128 384
Equipo de sonido 1 80 80 500 04 120
Televisor 1 150 150 500 075 225
Licuadora 1 350 350 025 00875 26
Plancha 1 1000 1000 075 075 225
Nevera 1 250 250 1200 30 900
Cerca eleacutectrica 50km 10 10 24 024 72
Bomba centrifuga 1 560 560 075 042 504
TOTAL 2560 693 20024
Total kWhdiacutea = 693
Total kWhmes = 20024
Total kWhantildeo = 240288
4231 Caacutelculo de la bomba eleacutectrica
Ademaacutes de la demanda de energiacutea eleacutectrica a utilizar se hace un caacutelculo del consumo de
agua para las necesidades baacutesicas de los habitantes antes mencionados
bull Consumo por persona 55Litros por diacutea (lpd)
bull Consumo total 55lpd 6 = 330 lpd
bull Tanque de reserva 1 de1000litros
Para la escogencia de la bomba a utilizar se tiene en cuenta la altura de descarga que son
35m (veacutease figura 28) se observa que la bomba numero1 nos entrega alrededor de 225
litros por minuto (lpm) y la bomba nuacutemero 2 nos entrega 40 lpm para llenar el tanque las
bombas durariacutean en funcionamiento 45 y 25 minutos respectivamente Los 1000 litros
alcanzariacutean para 2 diacuteas y medio de consumo logrando con ello que solo se pusiera en
funcionamiento la bomba uacutenicamente durante 12 diacuteas del mes
88
Se escogioacute la bomba de frac34 hp ya que vamos a tener un consumo en el mes menor que con
la bomba de 1hp a pesar de que el tiempo de llenado es menor con esta uacuteltima Esta bomba
va a trabajar con un motor de corriente continua y se conecta directamente al banco de
bateriacuteas Este tipo de bomba centriacutefuga tiene caracteriacutesticas tales como el suministro de
agua a grandes alturas extraccioacuten de agua de pozos llanos y profundos y uso domeacutestico
Figura 28 Curva de rendimiento de bombas centrifugas
Tabla 15 Bomba Centriacutefuga
Marca Barnes Potencia (HP) frac34 Diaacutemetro de succioacuten (rdquo) 114
Ref Liacutenea jet 77 Temperatura maacutexima
de operacioacuten (degC)
70 Diaacutemetro de descarga (rdquo) 1
89
424 Anaacutelisis para el desempentildeo del aerogenerador
Teniendo el reacutegimen de vientos para la zona de estudio aplicando la curva de frecuencia de
velocidades (ver figura 27) y el consumo tiacutepico de la vivienda rural (ver tabla 14) se
procede a buscar el aerogenerador que trabaje oacuteptimamente con las caracteriacutesticas del
reacutegimen de vientos y que cumpla con la demanda de energiacutea eleacutectrica Ademaacutes se utilizara
la curva tiacutepica de potencia de cada aerogenerador que es suministrada por los fabricantes
Se hallaraacuten los kWhmes suministrados por aerogeneradores tiacutepicos de 1kW 15kW y
3kW para las condiciones anteriormente expuestas con el fin de hacer un comparativo
para seleccionar el aerogenerador que maacutes se adapte a las condiciones tanto teacutecnicas como
econoacutemicas de este proyecto
4241 Aerogenerador de 1kW
0
200
400
600
800
1000
1200
2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20
Velocidad del viento (ms)
Figura 29 Curva tiacutepica de potencia de un aerogenerador de 1kW
90
Tabla 16 Desempentildeo del aerogenerador de 1kW para la vereda Tibista
Velocidad del viento (ms)1
Potencia(W)2
Probabibilidadde viento ()3
Producto de potencia porprobabilidad de viento (W)4
1 0 476 0002 0 885 0003 0 1175 0004 35 1320 4625 76 1325 10076 138 1216 16787 276 1034 28538 401 819 32849 750 609 4567
10 900 426 383411 980 281 275412 1000 175 175013 1000 103 103014 1000 057 57015 674 030 20216 900 015 13517 850 007 06118 800 003 02419 750 001 01020 700 001 007
TOTAL 9958 24228
1 Rango de velocidades de viento de 0 a 20ms 2 Potencia eleacutectrica tiacutepica del aerogenerador para cada velocidad 3 Reacutegimen de vientos especifico para la vereda Tibista (veacutease figura 27) 4 Potencia eleacutectrica que suministra el aerogenerador para la vereda Tibista
Promedio de potencia de salida = 24228W
Energiacutea de salida mensualmente = 255kWhmes
Energiacutea de salida anualmente = 3066kWhantildeo
Energiacutea de salida diariamente = 84kWhdiacutea
91
4242 Aerogenerador de 15kW
0
500
1000
1500
2000
2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20
Velocidad del viento (ms)
Figura 30 Curva de potencia tiacutepica de un aerogenerador de 15kW
Tabla 17 Desempentildeo del aerogenerador de 15kW para la vereda Tibista
Velocidad delviento (ms)
Potencia(W)
Probabibilidadde viento ()
Producto de potencia porprobabilidad de viento (W)
1 0 476 0002 0 885 0003 180 1175 21154 300 1320 39605 410 1325 54326 600 1216 72967 800 1034 82728 1000 819 81909 1100 609 6699
10 1250 426 532511 1400 281 393412 1550 175 271213 1650 103 170014 1780 057 101515 1600 030 48016 1500 015 22517 1520 007 10618 1550 003 04619 1600 001 01620 1620 001 016
TOTAL 9958 57539
92
Promedio de potencia de salida = 57539W
Energiacutea de salida mensualmente = 38325kWhmes
Energiacutea de salida anualmente = 4599kWhantildeo
Energiacutea de salida diariamente = 1277kWhdiacutea
4243 Aerogenerador de 3kW
0500
1000150020002500300035004000
2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20
Velocidad del viento (ms)
Figura 31 Curva de potencia tiacutepica de un aerogenerador de 3kW
93
Tabla 18 Desempentildeo del aerogenerador de 3kW para la vereda Tibista
Velocidad del viento (ms)
Potencia(W)
Probabibilidadde viento ()
Producto de potencia porprobabilidad de viento (W)
1 0 476 0002 0 885 0003 250 1175 29384 510 1320 67325 760 1325 100706 1050 1216 127687 1490 1034 154078 1899 819 155539 2179 609 1327010 2499 426 1064611 2749 281 772512 3099 175 542313 3279 103 337714 3499 057 199415 3249 030 97516 2999 015 45017 3049 007 21318 3059 003 09219 3199 001 03220 3339 001 033
TOTAL 9958 107698
Promedio de potencia de salida = 107698W
Energiacutea de salida mensualmente = 7665kWhmes
Energiacutea de salida anualmente = 9198kWhantildeo
Energiacutea de salida diariamente = 2555kWhdiacutea
Con los desempentildeos mostrados por cada aerogenerador se puede deducir que
1 El aerogenerador de 1kW no suple las necesidades de energiacutea demandada
2 El aerogenerador de 15kW cumple con los requerimientos de demanda de energiacutea
sin estar sobredimensionado
3 El aerogenerador de 3kW tambieacuten cumple con la demanda de energiacutea pero de una
manera sobredimensionada y se descarta de antemano por razones de tipo
econoacutemico
94
En conclusioacuten se tiene que el aerogenerador escogido para este proyecto es el de 15kW
en el mercado internacional se pueden encontrar aerogeneradores de esta potencia nominal
de diferentes fabricantes como se muestra en la tabla 19
Tabla 19 Aerogeneradores de 15kW
ModeloDatos
Teacutecnicos
BergeyBwc Excel
1500
JBornayInclin Neo
1500
WhisperH 1500
PotenciaNominal
(W)1500 1500 1500
Velocidad del vientopara arranque
(ms)36 35 34
Velocidad parapotencia nominal
(ms)125 12 125
Nuacutemero de aspas 3 2 3
Diaacutemetro(m)
3 286 27
Material Fibra devirdiocarbono
Fibra devirdiocarbono
Fibra devirdiocarbono
GeneradorAlternador
trifaacutesico de imanespermanentes
Alternador trifaacutesico de imanes
permanentes
Alternador trifaacutesico de imanes
permanentesVoltaje
(V)122448120220 2448120220 122448120220
Voltaje banco debateriacuteas
(V)
24 24 24
Peso(kg)
38 42 35
95
425 Caacutelculo del banco de bateriacuteas
El tamantildeo del banco de bateriacuteas lo va a determinar la cantidad de amperios hora diacutea
requeridos Estos amperios hora diacutea se deducen de la tabla 14 (consumo tiacutepico de energiacutea
eleacutectrica en la zona de estudio) donde se observa que se tiene una demanda de 6930 Vatios
hora diacutea Para un aerogenerador de 15kW los fabricantes recomiendan trabajar con un
sistema a 24V entonces se tiene
iacutea28875Ahd24Vshoradiacutea6930Vatio ====dividedividedividedivide
Para tener una suplencia eficiente con el banco de bateriacuteas se asume un periodo de 5 diacuteas
en el que la velocidad del viento esteacute por debajo del miacutenimo requerido que son 35ms
para que el aerogenerador comience a entregar energiacutea
144375Ah5diacuteasiacutea28875Ahd ====
Para evitar completamente la descarga de las bateriacuteas en este lapso de tiempo se tiene que
multiplicar por el siguiente factor (este valor se toma del manual de instalacioacuten operacioacuten y
mantenimiento de Southwest Windpower Inc que es un fabricante de aerogeneradores de
15kW)
1 Paneles solares uacutenicamente (50 de descarga) 15
2 Sistemas hiacutebridos eoacutelico-solar (60 de descarga) 14
3 Sistemas eoacutelicos uacutenicamente (80 de descarga) 12
17325Ah12144375Ah ====
En general las bateriacuteas utilizadas en este tipo de instalaciones son de plomo-aacutecido de tipo
estacionario de ciclo profundo y libre mantenimiento que suministran 220Ah y 6V Para
calcular el numero de bateriacuteas del banco se tiene
8Bateriacuteasas788Bateriacute220Ah17325Ah asympasympasympasymp====dividedividedividedivide
96
Figura 32 Banco de bateriacuteas serie-paralelo
En la figura 32 se muestra el banco de bateriacuteas a utilizar el cual tiene las siguientes
caracteriacutesticas
bull Cada bateriacutea de 6V ndash 220Ah
bull Cada hilera (vertical) de conexioacuten en serie 24V ndash 220Ah
bull Total de las 2 hileras en paralelo 24V ndash 440Ah
Tabla 20 Bateriacuteas de 220Ah
Marca y modelo
Datos teacutecnicos
Trojan
B220-4
Sonnenschein
S212220Ah
YuasaExide
8DS
Voltaje (V) 6 6 6
Amperios hora
(Ah)
220 220 220
Mantenimiento Libre Libre Libre
De acuerdo a distribuidores internacionales de bateriacuteas las baterias que trabajan maacutes
eficientemente con sistemas conversores de este tipo son las Trojan B220-4 ya que
brindan una garantiacutea de cinco antildeos sin mantenimiento alguno
97
426 Caacutelculo del inversor
La funcioacuten del inversor es transformar una tensioacuten continua VCC en una tensioacuten alterna
VCA elevaacutendola de 24 a 120V La potencia nominal del inversor depende de la potencia
pico en corriente alterna demandada por el consumo tiacutepico para la zona de estudio esta
potencia pico es 2560W
Los inversores que maacutes se adaptan y que se pueden conseguir en el mercado tienen las
siguientes caracteriacutesticas
Foto 21 Inversor de 24VCD a 120VCA
Tabla 21 Inversores de 24VCD a 120VCA
Marca y modelo
Datos teacutecnicos
Ceim
SM-2500
Trace Engineering
DR3624
Voltaje 24VDC ndash 120VAC a 60Hz 24VDC ndash 120VAC a 60Hz
Potencia nominal (W) 2500 3000
Se escoge el inversor de Trace Engineering DR3624 ya que por cuestiones de disentildeo se
plantea dejar un sistema flexible que pueda estar sometido a futuras ampliaciones y ademaacutes
a conexiones de equipos externos (equipos de ordentildeo para ganado sistemas automaacuteticos de
riego bebedores automaacuteticos para ganado invernaderos motosierras etc)
98
427 Caacutelculo del regulador
El objetivo principal del regulador es estabilizar la carga desde el aerogenerador para parar
la carga cuando las bateriacuteas no lo necesiten maacutes (evitando sobrecargas) y eviten asiacute la
descarga hacia el aerogenerador cuando no hay viento Tambieacuten protege la instalacioacuten de
cortocircuitos estabiliza la tensioacuten protege contra la inversioacuten de polaridad del banco de
bateriacuteas y adapta la carga al estado de las bateriacuteas Para calcular la corriente del regulador
se tiene
VPI ====
V24kW51I =
A562I ====
El regulador que maacutes se adapta y que se puede conseguir en el mercado tiene las siguientes
caracteriacutesticas
Tabla 22 Regulador de 100A
Marca y modelo
Datos teacutecnicos
Trace Engineering
RG-100A
Voltaje (VDC) 12-24-48
Corriente nominal (A) 100
99
428 Montaje final del sistema conversor de energiacutea eoacutelica
Figura 33 Montaje del sistema conversor de energiacutea eoacutelica
(1)
(2) (3)
(5)(4)
(7)
(8)
(11)
(15)
(12)
(14)
(18)
(16) (17)
(10)
(13)
(9)
(6)
100
Este montaje incluye un tablero general de control que suministra el fabricante de cualquier
aerogenerador en donde viene incluido un rectificador trifaacutesico de corriente regulador de
tensioacuten de 24V sistema de monitoreo de carga y descarga de bateriacuteas y un interruptor de
estado soacutelido que actuacutea automaacuteticamente con el sistema de monitoreo con el fin de enviar la
carga sobrante de las bateriacuteas al disipador de carga (que tambieacuten lo suministran los
fabricantes) cuando las bateriacuteas esteacuten cargadas ademaacutes de un interruptor de frenado que
desconecta todo el sistema para que el aerogenerador se detenga A continuacioacuten se
muestran los equipos con sus especificaciones teacutecnicas utilizados para el proyecto
(1) Aerogenerador de 15kW (veacutease tabla 19)
Generador Alternador trifaacutesico
De imanes permanentes
Voltaje generador (VAC) 220
Torre Galvanizada de 3rdquo Voltaje banco de bateriacuteas (VDC) 24
(2) Sistema de monitoreo y regulador automaacutetico de carga del banco de bateriacuteas
(3) Tablero general de control
(4) Interruptor de estado soacutelido para carga automaacutetica de bateriacuteas
(5) Regulador secundario de tensioacuten de 24V
(6) Interruptor de frenado del aerogenerador
(7) Rectificador trifaacutesico de entrada corriente alterna y salida corriente continua
(8) Cortacircuitos tripolar termomagneacutetico
V3PI ====
V2203kW51I =
A943I ====
Marca Legrand In (A) 10 Voltaje (VAC) 120220
Ref DSA-3010 Capacidad interruptiva (kA) 10 (220V) Nuacutemero de polos 3
101
(9) Disipador de carga
(10) Transformador trifaacutesico
Potencia (kVA) 15
Voltaje del primario (VAC) 220 (Delta)
Voltaje del secundario (VAC) 24 (Triaacutengulo)
(11) Regulador principal de 24V (ver numeral 427)
(12) Arrancador para el motor de la bomba centrifuga
VPI ====
V24W560I =
A3323I ====
Marca Telemecanique Tensioacuten de trabajo (V) 24 Potencia (HP) frac34
Ref GV2-P22D1BW3 Reglaje de la proteccioacuten
teacutermica (A)
20 a 25 Proteccioacuten IP65
(13) Cortacircuitos monopolar de CC
VPI ====
V24kW51I =
A562I ====
Marca Merlin Gerin In (A) 65 Voltaje (VDC) 24
Ref C60H-24409 Capacidad interruptiva (kA) 10 (24V) Nuacutemero de polos 1
(14) Bomba para el suministro de agua (ver numeral 4231)
(15) Banco de bateriacuteas (ver numeral 425)
(16) Inversor de 24VDC a 120VAC (ver numeral 426)
(17) Tablero monofaacutesico de cortacircuitos termomagneacuteticos para circuitos de CA
Marca Luminex Tensioacuten de trabajo (V) 120127 Capacidad nominalbarraje principal (A)
125
Ref TML-8 Tensioacuten de aislamiento (V) 600 Nuacutemero de circuitos 8
102
(18) Cortacircuitos monopolar de CC
VPI ====
V24kW2I =
A3383I ====
Marca Merlin Gerin In (A) 100 Voltaje (VDC) 24
Ref NC100H-27254 Capacidad interruptiva (kA) 15 (24V) Nuacutemero de polos 1
43 MANUAL DE INSTALACIOacuteN OPERACIOacuteN Y MANTENIMIENTO DELAEROGENERADOR
431 Instalacioacuten
Realizar y corroborar los siguientes pasos en orden
4311 Voltaje del sistema
Todos los componentes del sistema el aerogenerador la central del sistema el disipador de
energiacutea el transformador y el inversor deben estar al mismo voltaje del banco de bateriacuteas
que para el caso de un aerogenerador de 1500W de potencia nominal los fabricantes
recomiendan 24V
4312 Instalacioacuten de la torre (localizacioacuten tipo y altura)
La altura miacutenima de la torre debe ser de 7m por encima de los aacuterboles u obstaacuteculos en un
radio de 100m La carga de empuje lateral en el extremo de la torre debe corresponder al
modelo del aerogenerador El punto maacutes alto del terreno o lugar de instalacioacuten es
generalmente el mejor Una torre autoportante ocupa menos aacuterea de terreno que una torre
soportada con cables (riendas obenques tirantes) pero es maacutes costosa Un disentildeo de torre
pivotada permite una instalacioacuten sencilla y un mantenimiento faacutecil en tierra eliminando la
necesidad de escalar
103
4313 Adquirir el tamantildeo del banco de bateriacuteas adecuado
Los sistemas de faacutebrica contienen el banco de bateriacuteas sugerido En la tabla siguiente se
puede observar el tamantildeo miacutenimo del banco de bateriacuteas para diferentes aerogeneradores de
potencia nominal
4314 Seleccioacuten del lugar para instalar el banco de bateriacuteas
Ubicar el banco de bateriacuteas en una edificacioacuten fresca seca y deshabitada Poner a funcionar
la energiacutea AC desde el inversor hasta la casa o sitio de consumo Si las bateriacuteas estaacuten en un
edifico habitado este debe ser cerrado y tener suficiente ventilacioacuten Determinar la
configuracioacuten en serieparalelo para construir un estante o montar las bateriacuteas sobre un
mueble resistente en madera tratada Dejar 5cm alrededor para ventilacioacuten y 60cm de
104
separacioacuten vertical para el acceso a los terminales y revisioacuten del agua Proteger todas las
conexiones con grasa o protector de corrosioacuten Instalar el tablero de control general (EZ-
WIRE) y el fusible del inversor (si se usa) al polo positivo de las bateriacuteas
Usar el diagrama siguiente para determinar la configuracioacuten serieparalelo del banco de
bateriacuteas para trabajar a un voltaje de 24V
4315 Instalar el tablero de control (EZ-WIRE) y el transformador
Instalar el tablero de control del sistema (EZ-WIRE) y el transformador sobre superficies
resistentes al calor Localizarlos a 3m maacuteximo uno del otro Conectar el transformador a
los terminales WIND del tablero de control con un conductor adecuado (6AWG-THW)
Conectar el tablero de control DC+ y el DC- a las bateriacuteas usando los conductores del
calibre correspondiente
105
4316 Instalar y conectar el disipador de carga
Instalar la caja de resistencias o disipador de carga sobre una superficie resistente al calor
El disipador de carga produce calor cuando las bateriacuteas estaacuten cargadas Ubicar el disipador
de carga al lado del tablero de control o donde se necesite calor
4317 Montar el interruptor de frenado
Al lado del tablero de control usando un conductor adecuado se conecta el interruptor de
frenado a los terminales ldquoWINDrdquo en el tablero de control
106
4318 Instalar el inversor y conectarlo al banco de bateriacuteas
Instalar un cortacircuitos para corriente continua entre el inversor y el positivo del banco de
bateriacuteas usando los conductores adecuados
4319 Instalar los conductores desde el extremo de la torre al transformador y
despueacutes al tablero de control
Usar 3 conductores adicionando una red a tierra desde la torre hasta el lugar de instalacioacuten
utilizando los conductores adecuados
43110 Pruebas eleacutectricas para el aerogenerador
Realizar estas pruebas antes de montar las aspas en el rotor Estas pruebas confirman que el
aerogenerador esteacute funcionando correctamente y listo para ser instalado en la torre
107
43111 Conectar los conductores y montar el aerogenerador en la torre
Instrucciones de montaje
1 Revisar el ajuste de los accesorios de insercioacuten dentro de la torre Se tolera un juego
maacuteximo de 15mm Debe ser posible desplazar el inserto con los pernos de montaje
ajustadamente dentro de la torre
2 Instalar el accesorio de insercioacuten en el eje vertical con el agujero no roscado
orientado hacia abajo (1) Usar un compuesto sellador para roscas en todas las
uniones roscadas
3 Instalar los tornillos M8x30 (2) y la arandela de seguridad (4) en este agujero
ademaacutes de la contratuerca (6) como tuerca de seguridad para los tornillos (7) y
ajustarlos en el accesorio de insercioacuten
4 Usar caperuzas plaacutesticas o pernos conectores para hacer las conexiones eleacutectricas
5 Cubrir muy bien los tornillos conectores con suficiente cinta aislante para prevenir
cortos con la torre
6 Soportar bien los conductores para evitar que se separen o rompan por su propio
peso
108
7 Deslizar el eje vertical del generador sin las aspas dentro de la torre e instalar
todos los componentes tal como se muestra en la siguiente figura Use compuesto
sellador para roscas en todas las uniones roscadas
43112 Prueba del cableado del aerogenerador al tablero de control
No se pueden instalar las aspas hasta haber pasado las pruebas Repita el paso 11 activando
el interruptor de frenado (brake switch ldquoONrdquo) para poner los cables en corto
109
110
43113 Instalar el timoacuten o cola
111
43114 Instalar las aspas y la nariz
Para realizar la instalacioacuten de estas partes el interruptor de frenado debe estar activado
(brake switch ldquoONrdquo)
Instrucciones de instalacioacuten
1 La parte del aspa con la cinta guiacutea (borde de ataque) debe estar hacia abajo cuando
el aspa esteacute a la derecha de la platina de montaje
2 Introducir los tornillos (1) a traveacutes de la platina de montaje y del aspa La cabeza del
tornillo debe estar del lado del rotor y de la platina de montaje
3 Instalar una arandela plana (2) con el lado redondeado hacia la fibra de vidrio y una
tuerca (3) con un torque de 14 lbs-pie No ajustar excesivamente pues puede
quebrar la fibra de vidrio
4 Instalar la nariz (9) la arandela de caucho contra el protector (5a) la arandela plana
(5) la arandela divisoria de presioacuten (6) y el tornillo (4)
43115 Izar la torre siguiendo las instrucciones del fabricante con el interruptor defrenado en posicioacuten ldquoONrdquo
112
44 OPERACIOacuteN NORMAL
441 Controles y caracteriacutesticas del tablero de control
4411 Seccioacuten de control
El interruptor WIND ONOFF se utiliza para frenar o detener el aerogenerador El
interruptor del circuito ofrece proteccioacuten para sobrecarga y puede ser usado para
desconectar las cargas DC
4412 Seccioacuten del sistema de monitoreo
Selector de tres posiciones Ubicado a la izquierda en el tablero
1 Posicioacuten Izquierda Indica amperios o voltios de acuerdo con el selector
2 Posicioacuten Central APAGADO (OFF) ademaacutes reduce la descarga de la bateriacutea El
regulador permanece encendido
3 Posicioacuten Derecha Indica los voltioscelda de la bateriacutea cuando el selector tambieacuten
estaacute en la posicioacuten ldquoVoltsCellrdquo Los voltios para cada celda de la bateriacutea tambieacuten se
113
indican como porcentaje de carga de la bateriacutea en la escala vertical o MEDIDOR
DE CARGA DE LA BATERIA (BATTERY FUEL GAUGE) Este es el indicador
maacutes confiable de carga de la bateriacutea y no se ve afectado por eventos de baja o alta
descarga o por el proceso de carga La bateriacutea debe estar conectada por lo menos
durante 6 horas para obtener una lectura precisa
Botoacuten selector ubicado a la derecha
1 VoltsCell Indica el estado de carga de bateriacuteas del tipo de plomo aacutecido
2 V-Bat Indica el voltaje actual de la bateriacutea con una precisioacuten de una deacutecima de
voltio
3 A-Bat Muestra amperios positivos si la bateriacutea se estaacute cargando Indica amperios
negativos si la bateriacutea se estaacute descargando Utilice estos controles para entender y
monitorear los efectos de las fuentes de consumo
4 A-Wind Indica la carga en amperios del aerogenerador Se usa para medir la
velocidad del viento y monitorear el desempentildeo del aerogenerador
114
442 Operacioacuten del regulador automaacutetico de carga
El regulador automaacutetico de carga del banco de bateriacuteas incorporado previene sobrecargas
de la bateriacutea y asegura una larga vida de las bateriacuteas con un consumo miacutenimo de agua
4421 Luz indicador de regulacioacuten
Si es intermitente indica que la bateriacutea ha alcanzado su estado de flotacioacuten y parte de la
energiacutea se esta desviando al disipador de carga o caja de resistencias El proceso de carga
del banco de bateriacuteas seraacute cada vez maacutes lento hasta que se cargue completamente cada
vez habraacute maacutes carga desviaacutendose al disipador de carga o caja de resistencias
4422 Posicioacuten de flotacioacuten
Seleccionar el voltaje maacuteximo de la bateriacutea que permitiraacute el regulador Usar las posiciones
maacutes altas cuando las bateriacuteas esteacuten en lugares friacuteos
Posiciones sugeridas
bull Uacutenicamente viento Fijar a 245-25 Voltioscelda (VoltsCell) No es necesario
igualar el voltaje de las celdas Revisar el nivel del agua cada seis meses
bull Igualacioacuten Utilizar 27-28 Voltioscelda (VoltsCell) despueacutes de llenar las celdas
de la bateriacutea cargar por 24 horas Monitorear la temperatura y el nivel del agua
mientras ecualiza
115
443 Iniciar el aerogenerador
Colocar el interruptor de frenado (WIND) en la posicioacuten ldquoONrdquo despueacutes de que la heacutelice
gire leer la corriente de carga del viento (A-Wind) en la pantalla o monitor
4431 Operacioacuten de la heacutelice del aerogenerador
En vientos menores a 3-4ms la heacutelice no giraraacute si estaacute completamente quieta En vientos
por encima de 3-4 ms las heacutelices comenzaraacuten a girar lentamente y despueacutes de 1 a 10
minutos alcanzaraacute unas rpm donde las aspas seraacuten praacutecticamente invisibles Una vez las
aspas esteacuten en movimiento continuaraacuten girando en vientos tan bajos como 2ms En
vientos normales la corriente de carga aumentaraacute raacutepidamente al incrementarse la velocidad
del viento (por la foacutermula que relaciona directamente la potencia con el cubo de la
velocidad del viento) y a la velocidad nominal del viento usted podraacute leer la corriente
nominal en la pantalla en la posicioacuten ldquoA-Windrdquo
En vientos muy altos la corriente de carga decreceraacute a medida que la maacutequina se pliega por
la accioacuten del rotor basculante para protegerse a siacute misma de dantildeos
444 Encienda el inversor
Seguir las instrucciones del fabricante del inversor
445 Consumo de electricidad propia
Ahora se tiene energiacutea eleacutectrica del viento Con el inversor se tiene energiacutea AC para
electrodomeacutesticos comunes Revisar diariamente el estado de carga de las bateriacuteas Si las
bateriacuteas siempre estaacuten cargadas la luz del regulador siempre estaacute encendida se puede
agregar maacutes iluminacioacuten y electrodomeacutesticos y usarlos durante un mayor nuacutemero de horas
al diacutea
Si baja el nivel de carga de las bateriacuteas se estaacute usando maacutes electricidad de la que el
aerogenerador esta produciendo Reducir las horas de uso y el nuacutemero de luces y
electrodomeacutesticos Utilizar bombillos y electrodomeacutesticos eficientes Reducir las cargas
cuando las bateriacuteas esteacuten cargadas menos del 40
116
45 MANTENIMIENTO
451 Mensual
4511 Revisar el interruptor de seguridad (para revisar el cableado eleacutectrico)
Detener el aerogenerador en un viento moderado (cargando pero no plegado) Cuando se
detenga la heacutelice no se debe observar ni detectar ninguna dificultad inusual o ruido
extrantildeo Cuando se presenta alguacuten ruido mientras se activa el interruptor de frenado esto
puede indicar un cable desconectado
117
4512 Revisar el estado mecaacutenico observar y escuchar desde la base de la torre
Usar binoculares No debe presentarse ninguacuten ruido mecaacutenico cascabeleo o vibracioacuten La
heacutelice y la cola no deben cabecear o tambalearse Si se requiere se debe escalar o bajar la
torre para su inspeccioacuten No debe presentarse ninguacuten zumbido ni al oiacutedo ni al tacto cuando
se coloque la mano sobre la torre
4513 Inspeccionar la torre
Seguir todos los requisitos de inspeccioacuten y mantenimiento que da el fabricante de la torre
Ajustar adecuadamente todas las tuercas y tornillos especialmente las conexiones de los
cables Revisar cualquier fisura pandeado o partes rotas en los anclajes y base de la
estructura Revisar que no haya hilos rotos o distensioacuten en los cables de soporte o tensioacuten
118
452 Anual
4521 Revisar el banco de bateriacuteas
Agregar agua destilada si estaacute en un nivel bajo Ajustar las conexiones de los bornes de las
bateriacuteas Remover la corrosioacuten y proteger los terminales Enjuagar las partes con solucioacuten
de soda caacuteustica
4522 Si es necesario realizar la carga de igualacioacuten de la bateriacutea
No es necesario realizar una carga de igualacioacuten si el voltaje de flotacioacuten de cada celda estaacute
en 24V o maacutes Si las bateriacuteas se descargan por largos periacuteodos o las lecturas hidromeacutetricas
de las celdas difieren por maacutes de 20 puntos (Ej 1205 vs 1230) o una celda estaacute deacutebil dar
a la bateriacutea una carga de igualacioacuten Igualar el voltaje de las celdas de las bateriacuteas
colocando el botoacuten selector de flotacioacuten en 27-28 y permitir que la bateriacutea llegue a plena
carga y gasifique libremente (reduzca la carga yo conectar un generador si es necesario)
Dejar cargar las bateriacuteas por lo menos durante 24 horas y tomar lecturas con el hidroacutemetro
La igualacioacuten se ha completado cuando las lecturas del hidroacutemetro tengan 20 puntos
maacuteximo de rango Revisar el nivel del agua y si es preciso disminuir la carga para evitar
que la bateriacutea este demasiado caliente al tacto
119
4523 Escalar la torre o bajarla y hacer una revisioacuten mecaacutenica total delaerogenerador
Ajustar cualquier pieza que se encuentre floja o cambiar las piezas desgastadas
1 Ajustar todas las tuercas y tornillos de montaje de la torre y los tornillos de montaje
del rotor
2 Revisar todos los rodamientos Se acepta un juego escasamente perceptible
3 Rellenar las fisuras de las heacutelices de fibra de vidrio con sellante de silicona
Reemplazarlas si hay alguna rota o dantildeada Reparar o reemplazar las aspas de fibra
de vidrio si estaacuten quebradas o dantildeadas
4524 Registro de mantenimiento
Observar y registrar los requisitos mensuales y anuales de inspeccioacuten Registrar todos los
trabajos de mantenimiento y reparaciones
CAPIacuteTULO 5
5 ANAacuteLISIS ECONOacuteMICO
A nivel internacional se considera que la energiacutea eoacutelica es una tecnologiacutea madura
comercialmente Sin embargo no se ha desarrollado con fuerza mas que desde hace 4 oacute 5
antildeos en los que la potencia instalada en todo el mundo se ha multiplicado por 5 Este
desarrollo no soacutelo se ha debido a la mejora tecnoloacutegica sino tambieacuten a la mejora de los
aspectos econoacutemicos no obstante los gobiernos han reconocido la existencia de unos
beneficios antildeadidos de la energiacutea eoacutelica especialmente sus ventajas medioambientales Ello
ha hecho que se introduzcan bonificaciones a los precios pagados por ella o subvenciones a
la instalacioacuten de equipos que permiten facilitar el desarrollo en las inversiones en este tipo
de energiacutea Este hecho permitioacute que se comenzara a producir a gran escala promoviendo
tanto el avance tecnoloacutegico como una reduccioacuten en los costos de fabricacioacuten Esto a su vez
ha permitido reducir el costo de generacioacuten de la energiacutea eoacutelica a niveles muy proacuteximos a
los de la generacioacuten eleacutectrica convencional Este factor junto con la existencia de unos
precios de compra favorables explica el desarrollo espectacular de los uacuteltimos antildeos
Pese a todo no hay que olvidar que la energiacutea eoacutelica por su propia naturaleza y por su
tecnologiacutea presenta maacutes riesgos en cuanto a su produccioacuten y costos que las energiacuteas
convencionales y que la disponibilidad econoacutemica es crucial para conseguir una
factibilidad yo rentabilidad aceptable de los equipos Por ello parece necesario estudiar
con alguacuten detalle todos los aspectos econoacutemicos de la energiacutea eoacutelica y el grado en que
influyen los distintos paraacutemetros
121
51 COSTOS DEL SISTEMA CONVERSOR DE ENERGIacuteA EOacuteLICA
Los costos de la energiacutea eoacutelica se pueden analizar desde distintos puntos de vista Para el
inversionista o el promotor de una instalacioacuten los costos a considerar son los costos
privados es decir los soportados directamente por eacuteste como los costos de inversioacuten de
explotacioacuten etc Sin embargo si la inversioacuten se analiza desde un punto de vista puacuteblico o
social es necesario tener en cuenta tambieacuten otros valores a la hora de determinar su
rentabilidad como el ahorro energeacutetico que se produce los costos y beneficios
medioambientales que supone la instalacioacuten
511 Costos privados
Los costos privados de un montaje de estas caracteriacutesticas son el costo de inversioacuten y el
costo de explotacioacuten
5111 Costo de inversioacuten
El costo de inversioacuten incluye el aerogenerador el banco de bateriacuteas el regulador el
inversor la torre y el montaje Como se ilustra en la tabla 19 del capitulo anterior en donde
se muestran tres clases de aerogeneradores se toma en cuenta el costo de cada uno ademaacutes
de los equipos restantes que conforman el sistema conversor de energiacutea eoacutelica con el fin
de determinar diferentes alternativas de inversioacuten Se utiliza una TRM $236328 al 29 de
mayo de 2002 sin embargo se efectuaraacute un anaacutelisis en doacutelares para ser el estudio maacutes
objetivo
El factor de importacioacuten incluye nacionalizacioacuten fletes nacionales internacionales
seguros aduana y aranceles
122
Tabla 23 Alternativa de inversioacuten 1
COSTOSFACTOR
IMPORTACIOacuteNEQUIPO ODETALLE REFERENCIA CANTIDAD VALOR
FOB(USD$) () (USD$)
VALORTOTALFINAL(USD$)
AerogeneradorJBORNAYInclin Neo
15001 2982 40 1193 4175
Banco deBateriacuteas
TROJANB220-4 8 1238 60 743 1981
Inversor 24120 TRACEDR3624 1 1007 40 404 1411
Regulador RG 100A 1 279 40 112 391Torre
Galvanizada Tilt UpTipo pesado 3 10m 0 116
BombaCentriacutefuga 1 0 4872
Montaje 1 0 2158SUB ndash TOTAL 5506 10719
TOTAL 10719 Equipos adquiridos en el paiacutes y cotizados en doacutelares a la TRM incluido el IVA
Tabla 24 Alternativa de inversioacuten 2
COSTOSFACTOR
IMPORTACIOacuteNEQUIPO ODETALLE REFERENCIA CANTIDAD VALOR
FOB(USD$) () (USD$)
VALORTOTALFINAL (USD$)
AerogeneradorBERGEYBwc Excel
15001 4134 40 1654 5788
Banco deBateriacuteas
TROJANB220-4 8 1238 60 743 1981
Inversor 24120 TRACEDR3624 1 1007 40 404 1411
Regulador RG 100A 1 279 40 112 391Torre
Galvanizada Tilt UpTipo pesado 3 10m 0 116
BombaCentrifuga 1 0 4872
Montaje 1 0 2238SUB ndash TOTAL 6658 12412
TOTAL 12412 Equipos adquiridos en el paiacutes y cotizados en doacutelares a la TRM incluido el IVA
123
Tabla 25 Alternativa de inversioacuten 3
COSTOSFACTOR
IMPORTACIOacuteNEQUIPO ODETALLE REFERENCIA CANTIDAD VALOR
FOB(USD$) () (USD$)
VALORTOTAL FINAL
(USD$)
Aerogenerador WHISPERH 1500 1 3922 40 1569 5491
Banco deBateriacuteas
TROJANB220-4 8 1238 60 743 1981
Inversor 24120 TRACEDR3624 1 1007 40 404 1411
Regulador RG 100A 1 279 40 112 391Torre
Galvanizada Tilt UpTipo pesado 3 10m 0 116
BombaCentrifuga 1 0 4872
Montaje 1 0 2224SUB ndash TOTAL 6446 12101
TOTAL 12101 Equipos adquiridos en el paiacutes y cotizados en doacutelares a la TRM incluido el IVA
51111 Costos de montaje
Los gastos de montaje incluyen costos de desplazamiento al sitio de trabajo para 3
personas estadiacutea por dos semanas que aproximadamente dura el montaje transporte de los
equipos materiales eleacutectricos e insumos para la instalacioacuten y salarios para dichas personas
Ademaacutes se incluye una utilidad del 5 sobre el valor total de los equipos para cada
alternativa
Tabla 26 Costos de montaje del sistema eoacutelico
Alte
rnat
iva Diacuteas Comidas
($)
Estadiacutea
($)
Insumos
para la
instalacioacuten
($)
Salarios
($)
Transporte
de equipos
y personal
($)
Utilidad
($)
Total
costo
($)
Montaje
(USD$)
1 10 288000 200000 1000000 2400000 200000 1011602 5099602 2158
2 10 288000 200000 1000000 2400000 200000 1202200 5290200 2238
3 10 288000 200000 1000000 2400000 200000 1167105 5255105 2224
Cotizado en pesos a nivel nacional y evaluado en doacutelares a la TRM $236328
124
EL 95 de los equipos no estaacuten sometidos al reacutegimen de impuesto de valor agregado
(IVA) gracias al decreto 2532 de 2001 a las leyes 697 de 2001 y 223 de 1995 que se
explicaran en el capitulo 7
5112 Costos de explotacioacuten
Los costos anuales de explotacioacuten son del 2 de la inversioacuten inicial Comprenden los
gastos de personal de operacioacuten y mantenimiento de reparaciones y de sustitucioacuten de
equipos como el banco de bateriacuteas que tiene que ser sustituido cada cinco antildeos
Tabla 27 Costo final de las alternativas
Alte
rnat
iva Costo de
equipos
(USD$)
Montaje
(USD$)
Valor
presente
(USD$)
Valor presente
($)
Mto anual 2 de
inversioacuten inicial
(USD$)
1 8561 2158 10719 25331998 21438
2 10174 2238 12412 29334211 24825
3 9877 2224 12101 28597222 24201
Cotizado en pesos a nivel nacional y evaluado en doacutelares a la TRM $236328
52 ANAacuteLISIS FINANCIERO DEL PROYECTO
Invertir es incurrir en la actualidad en un gasto que se espera deacute lugar a una corriente de
beneficios que haraacuten que el inversionista se halle en una posicioacuten maacutes favorable que la que
ocupariacutea en el caso de que el gasto inicial se hubiera destinado a otro uso
Asiacute es que se puede modelizar el proceso mediante la figura 34 donde C0 representa el
capital inicial invertido y FC1 FC2 FC3 FCt y FCN los flujos de fondos para cada periacuteodo
dentro de los n periacuteodos considerados
125
Figura 34 Modelo de flujo de fondos
Para determinar la factibilidad de esta inversioacuten se utilizoacute el meacutetodo del valor presente o
actualizacioacuten del flujo de fondos y para medir la rentabilidad de la misma se aplicaron los
conceptos de Valor Presente Neto (VAN) y de Tasa Interna de Retorno (TIR)
Se analizaraacute este proyecto mediante la aplicacioacuten de los meacutetodos VAN y TIR mencionados
anteriormente
Valor Actual Neto (VAN) El valor presente neto de un proyecto de inversioacuten es su valor
medido en dinero de hoy expresando esta idea de otra manera es el equivalente en pesos
actuales de todos los ingresos y egresos presentes y futuros que constituyen el proyecto
Mediante este meacutetodo se actualizan los flujos de fondos con el fin de hallar su valor actual
en el momento de la inversioacuten que si es positivo indicaraacute que el proyecto presenta un
rendimiento maacutes elevado que el costo de capital necesario para llevarlo a cabo Se expresa
mediante la siguiente ecuacioacuten
sumsumsumsumminusminusminusminus ++++
++++====n
1t tC
O)i1(
FCVAN t (2)
Donde
i es la tasa de corte de mercado
Tasa Interna de Retorno (TIR) Este iacutendice se refiere a la rentabilidad del dinero invertido
en el proyecto y puede ser mayor igual o menor que la tasa de oportunidad aplicable al
inversionista
126
Este meacutetodo se refiere al tipo de intereacutes que aplicado al capital de que se dispone al
comienzo de cada periacuteodo haraacute posible que las entradas de caja sirvan para cubrir
exactamente la totalidad de las cargas de intereacutes y para reponer el capital desembolsado
Se trata de encontrar la solucioacuten de la variable r en la siguiente ecuacioacuten
0)r1(
FCo
n
1tt
Ct ====++++
++++ sumsumsumsumminusminusminusminus
(1)
Donde
Co representa el movimiento de caja al comienzo del periacuteodo de la inversioacuten
FCt los subsiguientes flujos de capital o de caja para cada periacuteodo t
n la vida uacutetil de la inversioacuten
r la rentabilidad interna o TIR
Valor de Salvamento (Vs) Es la recuperacioacuten del capital de trabajo invertido en el
proyecto o en otras palabras el valor de venta del equipo usado al concluir la vida uacutetil del
proyecto Para el caso de este proyecto se toma el valor de salvamento Vs como un 15 de
la inversioacuten inicial para el antildeo 20 de la vida uacutetil
521 Anaacutelisis financiero para cada alternativa
Con los costos finales para cada una de las alternativas mostrados en la tabla 25 se
realizaraacute ahora un anaacutelisis financiero para cada alternativa con una cuota inicial del 30
sobre el valor total de los equipos que tienen que ser importados este porcentaje lo
determina el importador ademaacutes de un plazo de 45 diacuteas para la entrega de los equipos en el
127
sitio En este caso particular se consultoacute con AQUAIRE ECOPRODUCTOS que es una
empresa colombiana dedicada a la importacioacuten de estos sistemas conversores
El 70 restante lo financiaraacute una entidad bancaria a traveacutes de un creacutedito a un posible
inversionista El estudio del creacutedito se haraacute para 24 36 y 60 meses con el fin de buscar
cual seria la solucioacuten maacutes econoacutemica y la maacutes rentable para el posible inversionista
Ademaacutes se incluye el valor del mantenimiento por los 20 antildeos de vida uacutetil del sistema
conversor de forma anual que seraacute del 2 de la inversioacuten inicial Se busca tener una cuota
mensual fija trayeacutendola al valor presente para que solo se pague durante los primeros 5
antildeos de la vida uacutetil del aerogenerador por otro lado este mantenimiento incluye el valor de
reposicioacuten de equipos como lo es el banco de bateriacuteas que tiene que ser cambiado cada
cinco antildeos
En la diagramacioacuten de los fondos de fondos que a continuacioacuten se presentan se mostraraacute el
valor presente neto y la tasa interna de retorno de cada una de las alternativas empezando
por aquella que posee subsidio luego la que no posee subsidio y por uacuteltimo una
comparacioacuten con un estrato maacutes alto que el costo en un estrato cinco
128
Tabl
a 28
Flu
jo d
e fo
ndos
pro
yect
ado
para
las 3
alte
rnat
ivas
Val
or
pres
ente
($
)
Mes
esTa
sa d
e
inte
reacutes
()
Cuo
ta in
icia
l
30
Val
or a
finan
ciar
Cuo
ta m
ensu
alM
ante
nim
ient
o
men
sual
Cos
to
men
sual
Alte
rnat
iva
1
253
319
98C
uota
del
preacutes
tam
o
241
797
599
600
177
323
9891
581
442
220
958
033
63
Cuo
ta d
el
preacutes
tam
o
361
797
599
600
177
323
9867
290
442
220
715
124
41
Cuo
ta d
el
preacutes
tam
o
601
797
599
600
177
323
9848
502
342
220
527
242
78
Alte
rnat
iva
2
293
342
11C
uota
del
preacutes
tam
o
241
798
800
263
205
339
481
060
503
488
903
51
109
393
76
Cuo
ta d
el
preacutes
tam
o
361
798
800
263
205
339
4877
921
748
890
35
828
107
21
Cuo
ta d
el
preacutes
tam
o
601
798
800
263
205
339
4856
165
248
890
35
610
542
08
Alte
rnat
iva
3
285
972
22C
uota
del
preacutes
tam
o
241
798
579
167
200
180
551
033
859
476
620
41
081
521
50
Cuo
ta d
el
preacutes
tam
o
361
798
579
167
200
180
5575
964
047
662
04
807
301
95
Cuo
ta d
el
preacutes
tam
o
601
798
579
167
200
180
5554
754
147
662
04
595
202
90
129
Tabla 29 Flujo de fondos para la alternativa 1 con cuota inicial del 30 a 24 meses
Valor total del creacutedito $ 17732398 Plazo 24 meses Fecha 25-05-02
Intereacutes 2153 anual Mora 3100 anual Cuota mensual $-915814
CUOTANo FECHA CAPITAL
($)INTERES
($)CUOTA
($)SALDO
($)1 240602 -597665 -318149 -915814 17134734
2 240702 -608388 -307426 -915814 16526346
3 230802 -619303 -296510 -915814 15907043
4 220902 -630415 -285399 -915814 15276628
5 221002 -641725 -274088 -915814 14634902
6 211102 -653239 -262575 -915814 13981663
7 211202 -664959 -250854 -915814 13316704
8 200103 -676890 -238924 -915814 12639814
9 190203 -689034 -226779 -915814 11950780
10 210303 -701397 -214417 -915814 11249383
11 200403 -713981 -201833 -915814 10535402
12 200503 -726791 -189023 -915814 9808611
13 190603 -739831 -175983 -915814 9068780
14 190703 -753105 -162709 -915814 8315676
15 180803 -766617 -149197 -915814 7549059
16 170903 -780371 -135443 -915814 6768688
17 171003 -794372 -121442 -915814 5974316
18 161103 -808624 -107189 -915814 5165692
19 161203 -823133 -92681 -915814 4342559
20 150104 -837901 -77913 -915814 3504658
21 140204 -852934 -62879 -915814 2651724
22 150304 -868237 -47576 -915814 1783487
23 140404 -883815 -31999 -915814 899672
24 140504 -899672 -16142 -915814 0
TOTAL -3750736 -1744146 -915814
130
Tabl
a 30
Fl
ujo
de fo
ndos
par
a la
alte
rnat
iva
1 co
n cu
ota
inic
ial d
el 3
0 a
36
mes
es
Val
or to
tal d
el c
reacutedi
to$
177
323
98Pl
azo
36 m
eses
Fech
a25
-05-
02
Inte
reacutes
215
3 a
nual
Mor
a31
00
anu
alC
uota
men
sual
$-67
290
4
CU
OT
AN
oFE
CH
AC
API
TAL
($)
INT
ERES
($)
CU
OT
A ($
)SA
LDO
($)
CU
OT
AN
oFE
CH
AC
API
TA
L ($
)IN
TER
ES ($
)C
UO
TA
($)
SALD
O ($
)1
240
602
-354
756
-318
149
-672
904
173
776
4319
161
203
-488
586
-184
318
-672
904
978
459
9
224
07
02-3
611
21-3
117
84-6
729
0417
016
523
2015
01
04-4
973
52-1
755
52-6
729
049
287
246
323
08
02-3
676
00-3
053
05-6
729
0416
648
923
2114
02
04-5
062
76-1
666
29-6
729
048
780
970
422
09
02-3
741
95-2
987
09-6
729
0416
274
728
2215
03
04-5
153
59-1
575
45-6
729
048
265
611
522
10
02-3
809
09-2
919
96-6
729
0415
893
819
2314
04
04-5
246
06-1
482
99-6
729
047
741
006
621
11
02-3
877
43-2
851
62-6
729
0415
506
077
2414
05
04-5
340
18-1
388
87-6
729
047
206
988
721
12
02-3
947
00-2
782
05-6
729
0415
111
377
2513
06
04-5
435
99-1
293
05-6
729
046
663
389
820
01
03-4
017
81-2
711
23-6
729
0414
709
596
2613
07
04-5
533
52-1
195
52-6
729
046
110
037
919
02
03-4
089
90-2
639
15-6
729
0414
300
606
2712
08
04-5
632
80-1
096
24-6
729
045
546
757
1021
03
03-4
163
28-2
565
77-6
729
0413
884
278
2811
09
04-5
733
86-9
951
8-6
729
044
973
370
1120
04
03-4
237
97-2
491
07-6
729
0413
460
481
2911
10
04-5
836
74-8
923
1-6
729
044
389
696
1220
05
03-4
314
01-2
415
03-6
729
0413
029
080
3010
11
04-5
941
46-7
875
8-6
729
043
795
550
1319
06
03-4
391
41-2
337
63-6
729
0412
589
939
3110
12
04-6
048
06-6
809
8-6
729
043
190
744
1419
07
03-4
470
20-2
258
84-6
729
0412
142
919
3209
01
05-6
156
57-5
724
7-6
729
042
575
087
1518
08
03-4
550
40-2
178
64-6
729
0411
687
879
3308
02
05-6
267
03-4
620
1-6
729
041
948
384
1617
09
03-4
632
04-2
097
00-6
729
0411
224
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Tabla 32 Flujo de fondos para la alternativa 2 con cuota inicial del 30 a 24 meses
Valor total del creacutedito $20533948 Plazo 24 meses Fecha 25-05-02
Intereacutes 2153 anual Mora 3100 anual Cuota mensual $-1060503
CUOTANo FECHA CAPITAL
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($)1 240602 -692090 -368413 -1060503 19841858
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4 220902 -730014 -330489 -1060503 17690189
5 221002 -743112 -317391 -1060503 16947077
6 211102 -756445 -304059 -1060503 16190632
7 211202 -770016 -290487 -1060503 15420616
8 200103 -783832 -276672 -1060503 14636784
9 190203 -797895 -262608 -1060503 13838889
10 210303 -812211 -248293 -1060503 13026678
11 200403 -826783 -233720 -1060503 12199895
12 200503 -841617 -218886 -1060503 11358278
13 190603 -856717 -203786 -1060503 10501561
14 190703 -872088 -188416 -1060503 9629473
15 180803 -887735 -172769 -1060503 8741738
16 170903 -903662 -156841 -1060503 7838076
17 171003 -919875 -140628 -1060503 6918201
18 161103 -936379 -124124 -1060503 5981822
19 161203 -953180 -107324 -1060503 5028642
20 150104 -970281 -90222 -1060503 4058361
21 140204 -987690 -72814 -1060503 3070671
22 150304 -1005410 -55093 -1060503 2065261
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Tabla 35 Flujo de fondos para la alternativa 3 con cuota inicial del 30 a 24 meses
Valor total del creacutedito $20018056 Plazo 24 meses Fecha 25-05-02
Intereacutes 2153 anual Mora 3100 anual Cuota mensual $-1033859
CUOTANo FECHA CAPITAL
($)INTERES
($)CUOTA
($)SALDO
($)1 240602 -674702 -359157 -1033859 19343353
2 240702 -686807 -347052 -1033859 18656546
3 230802 -699130 -334730 -1033859 17957416
4 220902 -711673 -322186 -1033859 17245743
5 221002 -724442 -309417 -1033859 16521301
6 211102 -737440 -296420 -1033859 15783861
7 211202 -750671 -283189 -1033859 15033190
8 200103 -764139 -269720 -1033859 14269051
9 190203 -777849 -256011 -1033859 13491202
10 210303 -791805 -242055 -1033859 12699397
11 200403 -806011 -227848 -1033859 11893386
12 200503 -820472 -213387 -1033859 11072914
13 190603 -835193 -198667 -1033859 10237721
14 190703 -850178 -183682 -1033859 9387543
15 180803 -865431 -168428 -1033859 8522112
16 170903 -880959 -152901 -1033859 7641153
17 171003 -896764 -137095 -1033859 6744389
18 161103 -912854 -121006 -1033859 5831535
19 161203 -929232 -104627 -1033859 4902303
20 150104 -945904 -87955 -1033859 3956399
21 140204 -962875 -70984 -1033859 2993524
22 150304 -980151 -53709 -1033859 2013373
23 140404 -997736 -36123 -1033859 1015637
24 140504 -1015637 -18222 -1033859 0
TOTAL -4234195 -1968962 -1033859 0
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475
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475
417
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46-5
475
417
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913
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3
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144
Del anaacutelisis financiero que se le realizoacute a cada una de las alternativas de inversioacuten se puede
observar que la alternativa maacutes favorable para un posible inversionista es la alternativa 1
ya que es la maacutes econoacutemica y presenta un menor endeudamiento Por esta razoacuten se
trabajaraacute en adelante sobre la alternativa 1 baacutesicamente
Tabla 38 Costo total para la alternativa escogida
Costos
(USD$)
Montaje
(USD$)
VAN del mto
anual por
20 antildeos
(USD$)1
Valor
presente
(USD$)
Valor
presente
($)
Mto anual 2
de inversioacuten
inicial
Valor de
salvamento
15
8561 2158 2285 13004 30733037 260 46099561 VAN del flujo de caja por 20 antildeos utilizando una tasa de inflacioacuten del 7 anual
Tabla 39 Flujo de fondos proyectado para la alternativa escogida
Alternativa
1
($)
Meses Tasa
de
intereacutes
()
Cuota
inicial del
30
($)
Valor a
financiar
($)
Cuota
mensual
($)
Mto
mensual
($)
Costo
mensual
($)
30733037 Cuota
del
preacutestamo
24 179 9219911 21513126 1111074 5122173 1162296
Cuota
del
preacutestamo
36 179 9219911 21513126 816734 5122173 867596
Cuota
del
preacutestamo
60 179 9219911 21513126 588435 5122173 639656
145
Tabla 40 Flujo de fondos para la alternativa escogida con cuota inicial del 30 a 24
meses
Valor total del creacutedito $21513126 Plazo 24 meses Fecha 25-05-02
Intereacutes 2153 anual Mora 3100 anual Cuota mensual $-1111074
CUOTANo FECHA CAPITAL
($)INTERES
($)CUOTA
($)SALDO
($)1 240602 -725093 -385981 -1111074 207880332 240702 -738102 -372972 -1111074 20049930
3 230802 -751345 -359729 -1111074 19298585
4 220902 -764826 -346249 -1111074 18533759
5 221002 -778548 -332527 -1111074 17755212
6 211102 -792516 -318558 -1111074 16962695
7 211202 -806735 -304339 -1111074 16155960
8 200103 -821210 -289865 -1111074 15334750
9 190203 -835943 -275131 -1111074 14498807
10 210303 -850942 -260133 -1111074 13647865
11 200403 -866209 -244865 -1111074 12781657
12 200503 -881750 -229324 -1111074 11899906
13 190603 -897570 -213504 -1111074 11002336
14 190703 -913674 -197400 -1111074 10088662
15 180803 -930067 -181007 -1111074 9158595
16 170903 -946754 -164320 -1111074 8211841
17 171003 -963740 -147334 -1111074 7248101
18 161103 -981031 -130043 -1111074 6267070
19 161203 -998633 -112442 -1111074 5268437
20 150104 -1016550 -94525 -1111074 4251887
21 140204 -1034788 -76286 -1111074 3217099
22 150304 -1053354 -57720 -1111074 2163744
23 140404 -1072253 -38821 -1111074 1091491
24 140504 -1091491 -19583 -1111074 0
TOTAL -4550430 -2116016 -1111074 0
146
Tabl
a 41
Fl
ujo
de fo
ndos
par
a la
alte
rnat
iva
esco
gida
con
cuo
ta in
icia
l del
30
a 3
6 m
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Val
or to
tal d
el c
reacutedi
to$2
151
312
6Pl
azo
36 m
eses
Fech
a25
-05-
02
Inte
reacutes
215
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nual
Mor
a31
00
anu
alC
uota
men
sual
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4
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OT
AN
oFE
CH
AC
API
TAL
($)
INT
ERES
($)
CU
OT
A ($
)SA
LDO
($)
CU
OT
AN
oFE
CH
AC
API
TA
L ($
)IN
TER
ES ($
)C
UO
TA
($)
SALD
O ($
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602
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393
-385
981
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203
-592
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-816
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7420
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617
2015
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381
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08
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163
7420
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2114
02
04-6
142
19-2
021
56-8
163
7410
653
162
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09
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623
97-8
163
7419
744
665
2215
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04-6
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39-1
911
35-8
163
7410
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10
02-4
621
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543
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04-6
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621
11
02-4
704
13-3
459
61-8
163
7418
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129
2414
05
04-6
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12
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568
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084
091
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07
04-6
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05-7
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tal d
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azo
60 m
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a25
-05-
02
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215
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a31
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men
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CH
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LIN
TER
ESC
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TA
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DO
CU
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AFE
CH
AC
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TA
LIN
TER
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TA
SAL
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($)
($)
($)
No
($)
($)
($)
($)
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195
63-6
887
2-5
884
353
319
094
4006
09
05-4
050
58-1
833
76-5
884
359
815
638
5530
11
06-5
288
84-5
955
0-5
884
352
790
210
4106
10
05-4
123
26-1
761
09-5
884
359
403
313
5630
12
06-5
383
74-5
006
1-5
884
352
251
836
4205
11
05-4
197
23-1
687
11-5
884
358
983
589
5729
01
07-5
480
33-4
040
2-5
884
351
703
803
4305
12
05-4
272
54-1
611
81-5
884
358
556
335
5828
02
07-5
578
65-3
056
9-5
884
351
145
938
4404
01
06-4
349
20-1
535
15-5
884
358
121
416
5930
03
07-5
678
75-2
056
0-5
884
3557
806
3
4503
02
06-4
427
23-1
457
12-5
884
357
678
693
6029
04
07-5
780
63-1
037
1-5
884
350
TOTA
L-1
270
526
-22
600
82-5
884
350
149
FLU
JOS
DE
FO
ND
OS
PAR
A L
A A
LT
ER
NA
TIV
A E
SCO
GID
A
(mile
s de
CO
P $)
FLU
JO D
E FO
ND
OS
1
111
1
I=1
79
01
23
45
67
89
1011
1213
1415
1617
1819
2021
2223
24
215
13
816
I = 1
79
01
23
45
67
89
1011
1213
1415
1617
1819
2021
2223
2425
2627
2829
3031
3233
3435
36
2
151
3
588
I = 1
79
01
23
45
67
89
1011
1213
1415
1617
1819
2021
2223
2425
2627
2829
3031
3233
3435
3637
3839
4041
4243
4445
4647
4849
5051
5253
5455
5657
5859
60
215
13
FLU
JO D
E FO
ND
OS
2
FLU
JO D
E FO
ND
OS
3
150
53 VALOR DEL SERVICIO DE ENERGIacuteA ELEacuteCTRICA ACTUAL
La empresa que suministra la energiacutea eleacutectrica en la vereda Tibista es la Empresa de
Energiacutea de Boyacaacute A continuacioacuten se ilustra un flujo estimativo del costo de la energiacutea
eleacutectrica proyectado mensual y anualmente para los 20 antildeos de vida uacutetil que posee el
sistema conversor de energiacutea eoacutelica Se tiene un estrato 2 (bajo) que esta dentro de un rango
de 1 a 200kWh cuya tarifa por kilovatio hora es de $13544
En el anexo 4 se muestran las tarifas de energiacutea eleacutectrica que tiene la Empresa de Energiacutea
de Boyacaacute para el departamento de Boyacaacute y Casanare durante el mes de mayo de 2002
Tabla 43 Flujo del servicio de energiacutea eleacutectrica actual por 20 antildeos
Antildeo Inflacioacuten
Presupuestada ()
Valor de energiacutea
eleacutectrica mensual ($)
Valor de energiacutea
eleacutectrica antildeo ($)
01 75 26438 3172562 75 28421 3410523 75 30553 3666364 75 32844 3941285 75 35307 4236846 75 37955 4554607 75 40802 4896248 75 43862 5263449 75 47152 565824
10 75 50688 60825611 75 54490 65388012 75 58577 70292413 75 62970 75564014 75 67693 81231615 75 72770 87324016 75 78228 93873617 75 84095 100914018 75 90402 108482419 75 97182 116618420 75 104471 1253652
TOTAL 13738800
151
En el anexo 5 se ilustra la diagramacioacuten de los flujos de fondos donde se muestra el valor
presente neto y la tasa interna de retorno de la alternativa escogida comparaacutendola con el
pago de la energiacutea entregada por parte de la empresa de energiacutea de Boyacaacute (EBSA) durante
un periodo de 20 antildeos que es la vida uacutetil del aerogenerador empezando la comparacioacuten por
aquella en la que el pago es al cien por ciento del valor del equipo luego con una cuota
inicial del treinta por ciento y el saldo a 24 36 y 60 meses
54 COSTO DE LA ENERGIacuteA GENERADA CON VIENTO
Se explicaraacute la forma de llegar al valor monetario de la unidad de energiacutea eleacutectrica
generada el costo del kWh Los elementos constitutivos de este costo seraacuten en una primera
aproximacioacuten el costo del capital invertido en el sistema el costo de operacioacuten y
mantenimiento y el costo de reposicioacuten de equipos (banco de bateriacuteas) cada cinco antildeos
541 Costo de capital
El costo de capital prorrateado a lo largo de la vida uacutetil de la turbina y actualizando su
valor al momento de la inversioacuten puede evaluarse mediante la siguiente expresioacuten
n)i1(11
iEg
CIECC
++++minusminusminusminus
====
(1)
Donde
CC Costo del capital en [$kWh]
CIE Capital invertido [$] (sin incluir el costo de la bomba centriacutefuga)
Eg Energiacutea eleacutectrica generada en [kWh]
i tasa de intereacutes mensual
n Antildeos de vida uacutetil de la turbina 20 antildeos como estaacutendar de la industria eoacutelica
152
Respecto de la energiacutea generada a lo largo de un antildeo Eg debemos recurrir a una
aproximacioacuten de la energiacutea La forma de llegar a esta estimacioacuten seraacute mediante la siguiente
expresioacuten
7608FCPEg n==== (2)
Donde
Pn Potencia nominal del equipo [kW]
FC Factor de carga
8760 Cantidad de horas en un antildeo
El factor de carga representa el porcentaje de horas que en un antildeo la turbina estaacute entregando
la potencia nominal Este es funcioacuten de la velocidad media del viento de la distribucioacuten de
frecuencias y de la curva caracteriacutestica de la maacutequina Para turbinas de buena calidad la
NASA ha determinado empiacutericamente la siguiente curva para obtener este valor
Figura Factor de carga para aerogeneradores
Como se vio en el capitulo anterior la potencia nominal del equipo es de 15kW y se tiene
para la zona de estudio una velocidad media del viento de 57ms para esta velocidad se
observa en la figura que el factor de carga tiene un valor de 035 ahora se reemplaza este
valor en la ecuacioacuten (2) asiacute
876003515kWEg =
4599kWhEg =
153
Teniendo el valor de Eg se reemplaza este valor en la ecuacioacuten (1) asiacute
20)7911(11
791kWh5994
081181acute24$CC
++++minusminusminusminus
====
$315kWhCC ====
542 Costos de operacioacuten y mantenimiento
Siguiendo ahora con el anaacutelisis de costos de generacioacuten los gastos incurridos en la
operacioacuten y mantenimiento del equipo se consideran que son el 2 del capital total
invertido mientras que en los gastos en impuestos como el IVA (Impuesto de Valor
Agregado) se puede omitir gracias al decreto 2532 de 2001 a las leyes 697 de 2001 y 223
de 1995 que se explicaran en el siguiente capitulo 7 Por lo tanto
020Eg
CIECOM ==== (3)
020kWh5994
081181acute24$COM ====
kWh105$COM ====
543 Costo de reposicioacuten de equipos
Por otro lado el sistema autoacutenomo proveedor de energiacutea eleacutectrica debe disponer de una
fuente de almacenamiento para cubrir los huecos energeacuteticos en diacuteas de calma de viento por
lo que eacuteste debe ser considerado como un integrante maacutes del costo de generacioacuten Asiacute para
el banco de bateriacuteas se tendraacute que su costo prorrateado a lo largo de su vida uacutetil (5antildeos) n
y actualizado al momento de la inversioacuten seraacute
154
n)i1(11
iEg
VBBCRE
++++minusminusminusminus
==== (4)
Donde
CRE Costo del banco de bateriacuteas [$kWh]
VBB Valor del banco de bateriacuteas [$]
5)7911(11
791kWh5994
2516824$CRE
++++minusminusminusminus
====
kWh215$CRE ====
Finalmente el costo total de la unidad de energiacutea generada mediante el aerogenerador
CTEG seraacute la suma de las expresiones anteriores quedando
CRECOMCCCTEG ++++++++==== (5)
kWh)215$105$315($CTEG ++++++++====
kWh635$CTEG ====
CAPITULO 6
6 CONSIDERACIONES AMBIENTALES
Es indudable que cualquier tecnologiacutea produce un impacto sobre el medio ambiente
afectando a la comunidad y siendo en la mayoriacutea de los casos difiacutecil cuantificarlo o no hay
intereacutes en ello pero debe ser evaluado y considerado en toda toma de decisiones Se
analizaraacuten brevemente los diversos aspectos relacionados con la implantacioacuten de sistemas
conversores de energiacutea eoacutelica
61 ASPECTOS POSITIVOS20
Una gran parte de la contaminacioacuten de CO2 a nivel mundial es producido por las plantas
generadoras de electricidad de carboacuten y petroacuteleo
Tabla 44 Emisiones de CO2 en el mundo
Combustible kg de CO2 por GJ kg de CO2 por kg decombustible
Gasolina 73 320Fuelfracciones ligeras del
petroacuteleo74 316
Fracciones pesadas del petroacuteleo 78 315Gas natural (metano) 57 274
Carboacuten 95 233
20 Revista Mundo Eleacutectrico Colombiano No 37 Beneficios e intereses de la energiacutea eoacutelica Paacuteg 95 octubre-diciembre de 1999
156
Si los aerogeneradores desplazan la generacioacuten a carboacuten cada kWh generado por esta
tecnologiacutea evitaraacute lanzar al medio ambiente
bull 5 ndash 8 g de SO2
bull 3 ndash 6 g de NOX
bull 750 ndash 1250 g de CO2
bull 40 ndash 70 g de cenizas y escorias
Las nuevas plantas termoeleacutectricas a carboacuten cuentan con filtros que remueven casi todos los
contaminantes excepto el CO2 que continua saliendo en la misma cantidad Es de anotar
que el CO2 se acumula en la atmoacutesfera y tarda maacutes de 100 antildeos en degradarse
En la actualidad la preocupacioacuten por evitar la destruccioacuten del planeta ha propiciado que
muchos paiacuteses adelanten estudios para lograr una reduccioacuten a mediano plazo de la
produccioacuten de los residuos contaminantes anteriormente mencionados
El maacutes importante de estos estudios se realizoacute basaacutendose en el anaacutelisis hecho por el
Stockholm Enviroment Institute de Boston y un grupo de expertos en diferentes disciplinas
A pesar de utilizar presunciones convencionales en cuanto al crecimiento econoacutemico y
demograacutefico el estudio concluyoacute que es teacutecnicamente factible reducir a la mitad el actual
uso de combustibles foacutesiles para dentro de cuarenta antildeos La utilizacioacuten de petroacuteleo y de
otros combustibles foacutesiles seriacutea abandonados completamente dentro del proacuteximo siglo y la
energiacutea nuclear seriacutea abandonada para el antildeo 2010
El estudio demuestra que una combinacioacuten de mejoras baacutesicas en la eficiencia energeacutetica en
todos los sectores maacutes la introduccioacuten de una gama de energiacuteas renovables como la
energiacutea eoacutelica conduce a reducciones muy significativas en el impacto ambiental de los
combustibles foacutesiles sin ocasionar ninguacuten colapso econoacutemico Esto puede ser una prueba
de que en futuro energeacutetico sin combustibles foacutesiles y sin energiacutea nuclear puede ser una
realidad
157
62 BARRERAS21
621 Impacto visual
El factor visual es el maacutes difiacutecil de cuantificar por que es muy subjetivo algunas personas
objetan al ver los aerogeneradores otras no Los elementos maacutes importantes en el impacto
visual son el tipo de paisaje el nuacutemero de aerogeneradores y la forma en que los
aerogeneradores esteacuten colocados
622 Ruido
El ruido de las turbinas eoacutelicas es generado por componentes mecaacutenicos como es la caja
amplificadora de velocidades o aerodinaacutemicamente por las aspas El ruido puede ser
reducido por un buen disentildeo mantenimiento y aislamiento acuacutestico en el primer caso y con
turbinas de velocidad variable aspas delgadas y disentildeo aerodinaacutemico cuidadoso
Las autoridades puacuteblicas en todo el mundo utilizan la denominada escala dB(A) o
decibelios (A) para cuantificar las medidas de sonido Para tener una idea de la escala se
puede observar la siguiente tabla
Tabla 45 Ejemplo de la escala de decibelios dB(A)
Nivel del
sonido
Umbral de
audibilidad
Susurro Conversacioacuten Trafico
Urbano
Concierto
de rock
Reactor a 10m
de distancia
dB (A) 0 30 60 90 120 150
La escala de decibelios (A) mide la intensidad de sonido en todo el rango de las diferentes
frecuencias audibles (diferentes tonos) y posteriormente utiliza un sistema de ponderacioacuten
21 RODRIacuteGUEZ D Julio M La energiacutea eoacutelica Bogotaacute DC 1992 Universidad Nacional Ingenieriacutea eInvestigacioacuten
158
teniendo en cuenta el hecho de que el oiacutedo humano tiene una sensibilidad diferente a cada
frecuencia de sonido
Figura 35 Propagacioacuten del sonido y distancia
De acuerdo con estaacutendares internacionales los fabricantes de aerogeneradores suelen
especificar niveles teoacutericos de dB(A) que se originan en toda la superficie de la maacutequina y
de su rotor Este nivel suele oscilar entre 65 y 100 dB(A)
623 Uso de terreno
Las experiencias de las granjas eoacutelicas indican que se necesitan de 7 a 12 hectaacutereas por
MW instalado pero no maacutes del 5 de esa aacuterea es usada por las turbinas Sin embargo el
resto del terreno puede seguir siendo usado en labores agriacutecolas
63 PROTOCOLO DE KYOTO
El protocolo de Kyoto es un acuerdo adoptado en la tercera conferencia sobre cambio
climaacutetico de las Naciones Unidas celebrada en diciembre de 1997 en Kyoto(Japoacuten) Por
primera vez se fijaron cuotas para la reduccioacuten de las emisiones de gases causantes del
efecto invernadero Al tiempo que se estableciacutean compromisos se introdujeron los
mecanismos para flexibilizarlos
159
Otros compromisos previstos en este protocolo son
bull Los 38 principales paiacuteses industrializados se comprometen a reducir sus emisiones
de 6 gases perjudiciales para el clima en un 52 por debajo del nivel de 1990 este
objetivo deberaacute ser alcanzado entre el 2008 y 2012
bull Los Estados de Unioacuten Europea deben reducir sus emisiones en un 8 de este
porcentaje se preveacute para Alemania un 21
bull Se introducen nuevos y flexibles instrumentos para la proteccioacuten del clima como el
comercio de emisiones e inversiones en proyectos determinados en paiacuteses
industrializados y en desarrollo apropiados para reducir las emisiones de gases de
efecto invernadero
6311 Conferencias sobre la reduccioacuten de gases de efecto invernadero
bull 1ra Conferencia sobre el cambio climaacutetico
Berliacuten (Alemania) 1995 se firmoacute el llamado ldquoMandato de Berliacutenrdquo por representantes de
160 paiacuteses en donde se establece la voluntad de reducir los gases causantes del efecto
invernadero pero sin compromisos sobre cifras y plazos Se eligioacute la ciudad de Bonn
(Alemania) como sede de la secretariacutea permanente de la convencioacuten marco de la ONU
sobre el cambio climaacutetico
bull 2da Conferencia sobre el cambio climaacutetico
Ginebra (Suiza) 1996 asistieron 150 paiacuteses que asumieron la responsabilidad del factor
humano en el cambio climaacutetico reconociendo la necesidad de fijar un objetivo cuantitativo
para limitar la emisioacuten de gases de efecto invernadero por parte de los paiacuteses
industrializados
bull 3ra Conferencia de Kyoto
Kyoto (Japoacuten) 1997 tambieacuten llamado protocolo de Kyoto asistieron 155 naciones que al
firmar este acuerdo obliga a los paiacuteses industrializados a reducir sus emisiones de gases
dividiendo a estos paiacuteses en 8 grupos y obligando juriacutedicamente a frenar y reducir la
emisioacuten de seis gases que producen el efecto invernadero
160
Se establece que EEUU rebaje un 7 las emisiones de gases contaminantes Japoacuten un 6
la Unioacuten Europea un 8 Rusia un 0 y los Estados de Europa central y Oriental un 8
Estos gases son
CO2
Metano
Oacutexido nitroso
Hidrofluorocarbono
Perfluorocarbono
Sulfuro hexafluoruro
bull 4ta Conferencia de las partes de la convencioacuten marco sobre el cambio climaacutetico
Representantes de 170 paiacuteses aplazan hasta el antildeo 2000 la puesta en marcha del
Mecanismo de Desarrollo Limpio (MDL) acordado en el protocolo de Kyoto acordando
tambieacuten la presencia de organizaciones no gubernamentales en oacuterganos de negociacioacuten de
la convencioacuten del clima
bull 5ta Conferencia del clima
Bonn (Alemania) 1999 acuden 4000 delegados de 166 paiacuteses en donde se ponen en
evidencia las diferencias entre los paiacuteses industrializados y las naciones en desarrollo
bull 6ta Conferencia del clima
La Haya (Holanda) 2000 La reunioacuten fue un fracaso y se suspendioacute sin ninguacuten acuerdo
para precisar los mecanismos de aplicacioacuten del Protocolo de Kyoto los sumideros de
carbono el comercio de los derechos de emisioacuten y la financiacioacuten del mecanismo de
desarrollo limpio
bull 7ta Conferencia del clima (2ordf parte)
Bonn (Alemania) 2001 en esta reunioacuten se planteoacute la disyuntiva de si se enterraba o no el
protocolo de Kyoto este se salvoacute finalmente al anunciar la Unioacuten Europea que iba a
ratificarlo postura a la que se unioacute Japoacuten Sin embargo los EEUU se quedaron aislados
161
64 MECANISMOS DE DESARROLLO LIMPIO22
641 Gases de efecto invernadero
Entre los asuntos que se discutieron con mayor detenimiento y profundidad durante al
conferencia de Riacuteo de Janeiro de las Naciones Unidas sobre ldquoMedio Ambiente y
Desarrollordquo en 1992 y que fue objeto de la mayor preocupacioacuten figura la referente al
ldquoCambio climaacutetico globalrdquo De alliacute surgioacute la Convencioacuten de las Naciones Unidas sobre el
ldquoCambio Climaacuteticordquo suscrita por maacutes de 150 paiacuteses y vigente desde marzo de 1994
A traveacutes de este documento los paiacuteses signatarios se comprometieron a realizar los
inventarios de las fuentes y sumideros de los gases de efecto invernadero (GEI) asiacute como
adelantar programas de mitigacioacuten y a recopilar y dar a conocer informaciones
concernientes a las implementaciones que resultaren necesarias para cumplir con este
propoacutesito internacional
Por otra parte los paiacuteses industrializados a traveacutes de la misma convencioacuten asumieron el
liderazgo en la orientacioacuten de los esfuerzos para lograr la mitigacioacuten de los GEI y
proporcionar ayuda financiera a los paiacuteses en desarrollo que les permita cubrir los costos
que implique la realizacioacuten sobre los informes de la misma materia asiacute como los
incrementos de los costos para las implementaciones que decidan previo acuerdo mutuo
los paiacuteses en desarrollo y los paiacuteses industrializados en cumplimiento de los mismos
compromisos
La Convencioacuten Marco de las Naciones Unidas sobre el Cambio Climaacutetico (CMNUCC)
suscrita por 155 paiacuteses en Riacuteo de Janeiro (Brasil) en 1992 tiene como objetivo la
ldquoestabilizacioacuten de las concentraciones de los gases de efecto invernadero en la atmoacutesfera a
22 VERA O Carlos A Estudio de energizacioacuten rural con fuentes alternativas municipio de San Jose delGuaviare Bogotaacute DC 2001 Trabajo de grado (Ingeniero Electricista) Universidad de la Salle Facultad deIngenieriacutea Eleacutectrica
162
un nivel tal que se puedan evitar interferencias antropogeacutenicas peligrosas para el sistema
climaacuteticordquo (Art 2)
Las directrices para alcanzar esta meta incluyen que todos los paiacuteses que suscribieron el
convenio ldquodeberiacutean proteger el sistema climaacutetico para el beneficio de las generaciones
presentes y futuras de la humanidad sobre la base de la equidad y de acuerdo con sus
responsabilidades comunes pero diferenciadas y su respectiva capacidadrdquo y que ldquolas partes
deberiacutean tomar medidas preventivas para anticipar prevenir o minimizar las causas del
cambio climaacutetico y mitigar sus efectos adversosrdquo (Art 3)
Colombia adopto la CMNUCC el 9 de mayo de 1992 y el Congreso Nacional la aproboacute por
ley 164 de 1995 La Corte Suprema de Justicia la considero exequible y fue ratificada el 22
de marzo de 1995 entroacute en vigencia para el paiacutes el 20 de junio de 1995 Como paiacutes no
perteneciente al Anexo 1 tiene los compromisos generales establecidos para todas las
naciones que suscribieron la CMNUCC
Los paiacuteses industrializados del Anexo 1 estaacuten comprometidos a suministrar recurso
financieros para asistir a los paiacuteses en desarrollo en la preparacioacuten de sus
comunicaciones nacionales y transferir tecnologiacutea para que los paiacuteses en desarrollo
puedan cumplir con la implementacioacuten de sus programas de reduccioacuten de emisiones23
Dentro de este contexto la Academia Colombiana de Ciencias Exactas Fiacutesicas y Naturales
(ACCEFN) con el apoyo de la Sociedad Alemana de Cooperacioacuten Teacutecnica (GTZ) y el
aval del Ministerio del Medio Ambiente realizo durante 1995 y 1996 el inventario de
gases de efecto invernadero- Colombia 1990 Durante 1998 la ACCEFN realizo el estudio
Opciones para la reduccioacuten de emisiones de gases de efecto invernadero en Colombia
1998-2010
23 Estudio de estrategia nacional para la implementacioacuten de mecanismos de desarrollo limpio para Colombia
163
642 Emisiones de CO2
El total de CO2 emitido en Colombia en 1990 fue de 167046Gg es decir una emisioacuten
anual per capita de 52 Tonhab Las principales fuentes fueron Cambio de Uso de la Tierra
y silvicultura especialmente tala y quema del bosque y Sector Energiacutea (quema de
combustibles)
Los sectores que presentaron una mayor participacioacuten en la emisioacuten de CO2 por el consumo
de combustibles foacutesiles (45448Gg) fueron el transporte con 328 energiacutea e industrias de
transformacioacuten con 302 y la industria manufacturera con 233 Estos tres sectores
tienen una participacioacuten del 863 en la generacioacuten de emisiones de CO2
0
5
10
15
20
25
30
35TransporteEnergiacuteaIndustria manofactureraResidencialOtrosComercialIndustrialConstruccioacuten
Figura 36 Emisiones sectoriales de CO2 en Colombia para 1990
643 Evolucioacuten de los mecanismos de Kyoto en las negociaciones de cambio
climaacutetico
En la tercera conferencia de las partes en Kyoto (Japoacuten) los paiacuteses lograron introducir
sistemas de derechos negociables los llamaron Mecanismos de Flexibilidad con el
objetivo de reducir sus costos de cumplir las metas de reduccioacuten de Gases Efecto
Invernadero (GEI)
164
Los costos de cumplimiento de las metas en ausencia de los mecanismos son altos Para
EEUU por ejemplo el costo incremental llegaraacute a US$76 por la uacuteltima tonelada de CO2
reducida Japoacuten enfrenta un costo en casa de US$239
Posteriormente estos niveles de precios fueron corregidos por las incertidumbres sobre la
entrada en vigencia del protocolo la probabilidad que los Certificados de Reduccioacuten de
Emisiones (CRE) se puedan transferir por una tasa de intereacutes del 5 para reflejar el costo
de oportunidad de realizar una inversioacuten hoy El rango de precios resultante fue 19
US$Ton CO2 Hasta la fecha se han aprobado 114 proyectos dentro de la fase piloto de las
actividades implementadas conjuntamente desde que empezoacute el programa en abril de 1995
El intereacutes general y objetivo de Kyoto frente al mecanismo de Desarrollo Limpio (MDL)
es promover el desarrollo sostenible en paiacuteses en viacutea de desarrollo y ayudar a los paiacuteses
industrializados a alcanzar sus metas de reduccioacuten de emisiones
65 LICENCIA AMBIENTAL PARA EL PROYECTO
Las autoridades competentes que expiden la licencia ambiental necesaria para llevar a cabo
un proyecto de estas caracteriacutesticas dependiendo de la jurisdiccioacuten en que estas tengan
derechos son las Corporaciones Autoacutenomas Regionales (ver anexo 6)
La Corporacioacuten Autoacutenoma Regional que tiene bajo su jurisdiccioacuten la vereda Tibista zona
rural del municipio de Saboyaacute es la CAR (Corporacioacuten Autoacutenoma Regional de
Cundinamarca) regional Ubateacute-Suaacuterez seccional Chiquinquiraacute esta seccional exige el
diligenciamiento de una solicitud de licencia ambiental (ver anexo 7) y posteriormente una
visita de sus funcionarios que observaraacuten el sitio del montaje de los equipos para obtener la
aprobacioacuten final de la licencia
CAPITULO 7
7 MARCO LEGAL Y TRIBUTARIO
Para entender mejor lo que se podraacute presentar en Colombia con respecto a los impuestos y
exenciones tributarias se debe conocer lo que sucede en otros paiacuteses del mundo en la
materia
71 INCENTIVOS INTERNACIONALES PARA LA ENERGIacuteA EOacuteLICA24
Particularmente en paiacuteses industrializados y de acuerdo con el protocolo de Kyoto
diversos gobiernos han implementado o planean implementar poliacuteticas e incentivos para
promover el desarrollo de energiacuteas limpias
711 Incentivos fiscales
Dentro de esta categoriacutea se encuentran los incentivos de inversioacuten particularmente los
impuestos de creacuteditos de inversioacuten son usualmente maacutes bajos al reducirse estos bajan los
costos del inversionista por medio de su ahorro
712 Depreciacioacuten acelerada
La depreciacioacuten acelerada de un equipo eoacutelico (por ejemplo alcanzando el 100 de
depreciacioacuten de una turbina en el primer antildeo de operacioacuten) bajaraacute significativamente la
24 OROZCO P Andreacutes Viabilidad teacutecnica y econoacutemica de la instalacioacuten de granjas eoacutelicas para suministro deenergiacutea eleacutectrica en Colombia Bogotaacute DC 1999 Trabajo de grado (Ingeniero Eleacutectrico) Universidad de losAndes Facultad de Ingenieriacutea Eleacutectrica
166
cantidad de impuestos pagados durante el estado inicial del proyecto esto alivia en parte
los elevados costos de capital al inicio de una planta eoacutelica
713 Subsidios
Existen muchas razones por las que el pago en efectivo puede ayudar a la promocioacuten de la
energiacutea eoacutelica muchas veces el pago de efectivo para la instalacioacuten de un sistema de
energiacutea eoacutelica es maacutes beneacutefico a un potencial inversor que tiene una renta de base limitada
para tomar completa ventaja de un creacutedito de inversioacuten Este tipo de incentivo ayuda a un
inversor privado al reducir el gravamen ya que la porcioacuten subsidiada de la planta de
potencia no es grabada
714 Pagos en efectivo por kWh
Estos pagos son similares en naturaleza a los subsidios de inversioacuten aunque el gobierno
paga al generador una cierta cantidad de dinero por kWh producido este incentivo no
solamente ayuda a un inversionista a construir un parque eoacutelico sino que estimula la
produccioacuten de electricidad
715 Exenciones arancelarias
Son otras formas de incentivos a la inversioacuten los gobiernos pueden reducir o eliminar la
cantidad de aranceles para la importacioacuten de la turbina esto baja efectivamente el costo de
capital y el costo inicial del proyecto ya que la mayoriacutea de los costos de un proyecto eoacutelico
provienen de la inversioacuten de capital inicial
716 Renuncia del uso de derechos impuestos de propiedad de la tierra
Se usa para reducir los costos involucrados con la inversioacuten inicial de un parque eoacutelico
Una cantidad significativa de tierra es necesaria para el desarrollo de un proyecto grandes
167
cantidades de tierra estaacuten asociadas con impuestos maacutes altos o derechos por el uso de esa
tierra ademaacutes en muchas instancias los impuestos de propiedad estaacuten basados en el valor
de las facilidades sobre la propiedad Comparada con plantas de combustible foacutesil las
plantas eoacutelicas estaacuten valoradas en una tasa mucho mayor y estaacuten sujetas a pagar maacutes altos
impuestos eliminando o reduciendo los derechos o impuestos sobre la tierra donde se ubica
la granja eoacutelica se bajaran los costos del proyecto
72 FINANCIACIOacuteN
La energiacutea renovable para muchas instituciones es considerada de alto riesgo debido a la
cualidad intermitente de la fuente de energiacutea muchos gobiernos garantizan preacutestamos dan
subsidio efectivamente maacutes bajos que las tasas de intereacutes que los inversionistas deben
pagar u ofrecen preacutestamos de bajo intereacutes Estos incentivos financieros para inversiones de
capital ayudan a aliviar los pagos que el operador del parque debe pagar en los primeros
antildeos del proyecto
73 REGULACIONES AMBIENTALES
731 Emisiones normalizadas
Muchas naciones desarrolladas que tienen poliacuteticas concernientes a la degradacioacuten
ambiental han formulado una serie de normas acerca de las emisiones para elevar la
calidad del aire a traveacutes de sus paiacuteses Estas medidas usualmente se representan en la forma
de capas de emisioacuten donde un cierto nivel de polucioacuten es permitido por la ley y maacutes allaacute de
este se toma alguna medida punitiva
732 Impuestos de emisioacuten
Muchos paiacuteses han desincentivado la construccioacuten y operacioacuten de plantas de potencia
polucionales tomando en cuenta impuestos sobre emisiones entre maacutes emisiones se
168
presentan en la atmoacutesfera se deben pagar maacutes impuestos La reduccioacuten de las emisiones a
un nivel oacuteptimo puede no ser el eacutexito primario de los impuestos sin embargo se elevan las
rentas estatales que pueden ser usadas para prevenir o controlar otros dantildeos al medio
ambiente o para implementar fuentes de energiacutea limpia
733 Raacutepida aprobacioacuten de proyectos ambientales
Esta poliacutetica se da para incentivar los proyectos energeacuteticos renovables en la medida en
que los proyectos son maacutes raacutepidamente aprobados maacutes raacutepido se puede comenzar a
construir y obtener beneficios
74 PROGRAMAS VOLUNTARIOS
741 Eliminacioacuten de subsidios para el combustible convencional
Muchos gobiernos subsidian en una forma u otra el combustible convencional como Diesel
Esos subsidios bajan artificialmente los costos asociados con generacioacuten de potencia
convencional Eliminando estos subsidios la energiacutea renovable seraacute maacutes competitiva y en
algunos casos menos costosa que la convencional
75 PAIacuteSES EN LOS QUE SE ESTIMULA EL USO DE ENERGIacuteA EOacuteLICA Y TIPO
DE ESTIacuteMULO25
bull Alemania Subsidios financiacioacuten subsidian en efectivo y precios preferenciales
depreciacioacuten acelerada reducciones y exenciones sobre los costos del inversor
rebajas en impuestos
25 OROZCO P Andreacutes Viabilidad teacutecnica y econoacutemica de la instalacioacuten de granjas eoacutelicas para suministro deenergiacutea eleacutectrica en Colombia p 97 Bogotaacute DC 1999 Trabajo de grado (Ingeniero Eleacutectrico) Universidadde los Andes Facultad de Ingenieriacutea Eleacutectrica
169
bull Argentina Presenta como incentivos fiscales la renuncia a los deberes de
importacioacuten
bull Brasil Exencioacuten de los impuestos temporales ademaacutes otorga creacuteditos a la
produccioacuten
bull Canadaacute Incentivos a los impuestos de inversioacuten
bull China Reduccioacuten de los deberes tributarios del inversionista reembolso de los
impuestos de renta y aprobacioacuten raacutepida de los proyectos ambientales
bull Dinamarca Subsidios en parte de los costos creacuteditos subsidios en efectivo
ademaacutes se presentan impuestos al carboacuten
bull Estados Unidos Creacuteditos de inversioacuten creacuteditos en efectivo a la produccioacuten con
respecto al medio ambiente se tienen en cuenta impuestos a la emisioacuten
bull Filipinas Exenciones en deberes a los inversionistas
bull Francia Como regulaciones ambientales el paiacutes cuenta con impuestos a las
emisiones
bull Gran Bretantildea Contratos a largo teacutermino
bull Holanda Depreciacioacuten acelerada impuestos al carboacuten
bull Indonesia Subsidios de capital
bull Italia Precio preferencial contratos a largo teacutermino
bull Japoacuten Impuestos a la emisioacuten
bull Meacutexico Depreciacioacuten acelerada
76 REGULACIOacuteN DE LAS ENERGIacuteAS ALTERNATIVAS EN COLOMBIA
En Colombia se promueve y se estimula el uso de fuentes alternativas de energiacutea por
medio de las disposiciones que adopta el gobierno nacional a traveacutes de sus entidades
gubernamentales de la siguiente manera
170
761 Ley 697 de octubre de 2001
LeyNo Proyecto De Ley Autor Ponentes
697Mediante el cual se fomenta el uso racional y eficientede la energiacutea se promueve la utilizacioacuten de energiacuteas
alternativas y se dictan otras disposiciones
SamuelMorenoRojas
Manuel GuillermoInfante Hugo Serrano
German Rojas
Esta ley a traveacutes de los artiacuteculos 1deg 2deg 4deg 7deg 9deg y 10deg promueve el uso racional de
energiacutea como la utilizacioacuten de las fuentes renovables Asiacute
Artiacuteculo 1deg Declaacuterase el Uso Racional y Eficiente de la Energiacutea (URE) como un asunto de
intereacutes social puacuteblico y de conveniencia nacional fundamental para asegurar el
abastecimiento energeacutetico pleno y oportuno la competitividad de la economiacutea colombiana
la proteccioacuten al consumidor y la promocioacuten del uso de energiacuteas no convencionales de
manera sostenible con el medio ambiente y los recursos naturales
Artiacuteculo 2deg El Estado debe establecer las normas e infraestructura necesarias para el cabal
cumplimiento de la presente ley creando la estructura legal teacutecnica econoacutemica y
financiera necesaria para lograr el desarrollo de proyectos concretos URE a corto
mediano y largo plazo econoacutemica y ambientalmente viables asegurando el desarrollo
sostenible al tiempo que generen la conciencia URE y el conocimiento y utilizacioacuten de
formas alternativas de energiacutea
Artiacuteculo 4deg Entidad responsable El Ministerio de Minas y Energiacutea seraacute la entidad
responsable de promover organizar asegurar el desarrollo y el seguimiento de los
programas de uso racional y eficiente de la energiacutea de acuerdo a lo dispuesto en la presente
ley y cuyo objetivo es
1 Promover y asesorar los proyectos URE presentados por personas naturales o
juriacutedicas de derecho puacuteblico o privado de acuerdo con los lineamientos del
programa de Uso Racional y Eficiente de la Energiacutea y demaacutes formas de energiacutea no
convencionales (PROURE) estudiando la viabilidad econoacutemica financiera
tecnoloacutegica y ambiental
2 Promover el uso de energiacuteas no convencionales dentro del programa de Uso
Racional y Eficiente de la Energiacutea y demaacutes formas de Energiacutea no Convencionales
(PROURE) estudiando la viabilidad tecnoloacutegica ambiental y econoacutemica
171
Artiacuteculo 7deg Estiacutemulos y sanciones
1 Para la investigacioacuten El Gobierno Nacional propenderaacute por la creacioacuten de
programas de investigacioacuten en el Uso Racional y Eficiente de la Energiacutea a traveacutes de
Colciencias seguacuten lo establecido en la Ley 29 de 1990 y el Decreto 393 de 1991
2 Para la educacioacuten El Icetex beneficiaraacute con el otorgamiento de preacutestamos a los
estudiantes que quieran estudiar carreras o especializaciones orientados en forma
especiacutefica a aplicacioacuten en el campo URE
3 Reconocimiento Puacuteblico El Gobierno Nacional crearaacute distinciones para personas
naturales o juriacutedicas que se destaquen en el aacutembito nacional en aplicacioacuten del URE
las cuales se otorgaraacuten anualmente El Ministerio de Minas y Energiacutea daraacute amplio
despliegue a los galardonados en los medios de comunicacioacuten maacutes importantes del
paiacutes
4 Generales El Gobierno Nacional estableceraacute los incentivos e impondraacute las
sanciones de acuerdo con el programa de uso racional y eficiente de la energiacutea y
demaacutes formas de energiacutea no convencionales de acuerdo a las normas legales
vigentes
Artiacuteculo 9deg Promocioacuten del uso de fuentes no convencionales de energiacutea El Ministerio de
Minas y Energiacutea formularaacute los lineamientos de las poliacuteticas estrategias e instrumentos para
el fomento y la promocioacuten de las fuentes no convencionales de energiacutea con prelacioacuten en las
zonas no interconectadas
Artiacuteculo 10degdegdegdeg El Gobierno Nacional a traveacutes de los programas que se disentildeen incentivaraacute y
promoveraacute a las empresas que importen o produzcan piezas calentadores paneles solares
generadores de biogaacutes motores eoacutelicos yo cualquier otra tecnologiacutea o producto que use
como fuente total o parcial las energiacuteas no convencionales ya sea con destino a la venta
directa al puacuteblico o a la produccioacuten de otros implementos orientados en forma especiacutefica a
proyectos en el campo URE de acuerdo a las normas legales vigentes
762 Ley 223 de diciembre de 1995
Ley No Entidad Emisora Fecha
223 Congreso de la Repuacuteblica Diciembre 20 de 1995
172
Con esta ley a traveacutes de su artiacuteculo 4to se excluye del impuesto de valor agregado (IVA) a
equipos destinados a promover las energiacuteas renovables Asiacute
Articulo 4deg Bienes excluidos del impuesto Quedan excluidos del IVA los siguientes
bienes
Numeral 4 Los equipos y elementos nacionales o importados que se destinen a la
construccioacuten instalacioacuten montaje y operacioacuten de sistemas de control y monitoreo
necesarias para el cumplimiento de las disposiciones regulaciones y estaacutendares ambientales
vigentes para la cual deberaacute acreditarse tal condicioacuten ante el Ministerio del Medio
Ambiente
763 Decreto 2532 de noviembre de 2001
Decreto No Entidad Emisora Fecha
2532 Ministerio de Hacienda y Creacutedito Publico Noviembre 27 de 2001
Este decreto al igual que la ley 223 de 1995 a traveacutes de los artiacuteculos 1deg 2deg 3deg y 4deg
excluye del impuesto de valor agregado (IVA) a los equipos de energiacuteas alternativas Asiacute
Artiacuteculo 1ordm Requisitos para solicitar la exclusioacuten de Impuesto sobre las Ventas El
Ministerio del Medio Ambiente mediante resolucioacuten estableceraacute la forma y requisitos como
han de presentarse a su consideracioacuten las solicitudes de calificacioacuten de que tratan los
artiacuteculos 424-5 numeral 4ordm y 428 literal f del Estatuto Tributario con miras a obtener la
exclusioacuten de Impuesto sobre las ventas correspondiente
Artiacuteculo 2ordm Definicioacuten de sistema de control ambiental sistema de monitoreo ambiental y
programa ambiental Para efectos de lo dispuesto en el artiacuteculo 424-5 numeral 4 y 428
literal f del Estatuto Tributario se adoptan las siguientes definiciones
1 Sistema de control ambiental Es el conjunto ordenado de equipos elementos o
maquinaria nacionales o importados seguacuten sea el caso que se utilizan para el
desarrollo de acciones destinadas al logro de resultados medibles y verificables de
disminucioacuten de la demanda de recursos naturales renovables o de prevencioacuten yo
reduccioacuten del volumen yo mejoramiento de la calidad de residuos liacutequidos
173
emisiones atmosfeacutericas o residuos soacutelidos Los sistemas de control pueden darse al
interior de un proceso o actividad productiva lo que se denomina control ambiental
en la fuente yo al finalizar el proceso productivo en cuyo caso se hablaraacute de
control ambiental al final del proceso
2 Sistema de monitoreo ambiental Es el conjunto sistemaacutetico de elementos
equipos o maquinaria nacionales o importados seguacuten sea el caso destinados a la
obtencioacuten verificacioacuten o procesamiento de informacioacuten sobre el estado calidad o
comportamiento de los recursos naturales renovables variables o paraacutemetros
ambientales vertimientos residuos yo emisiones
3 Programa ambiental Es el conjunto de acciones orientadas al desarrollo de los
planes y poliacuteticas ambientales nacionales previstas en el Plan Nacional de
Desarrollo yo formuladas por el Ministerio del Medio Ambiente asiacute como tambieacuten
las que correspondan a la implementacioacuten de los planes ambientales regionales
definidos por las autoridades ambientales Dichas acciones deben ajustarse a los
objetivos de los sistemas de control y monitoreo ambiental definidos conforme con
el presente decreto
Artiacuteculo 3ordm Elementos o equipos que son objeto del beneficio tributario previsto en el
artiacuteculo 424-5 numeral 4ordm El Ministerio del Medio Ambiente certificaraacute en cada caso los
elementos equipos y maquinaria que de conformidad con el artiacuteculo 424-5 numeral 4 del
Estatuto Tributario esteacuten destinados a la construccioacuten instalacioacuten montaje y operacioacuten de
sistemas de control y monitoreo ambiental para el cumplimiento de las disposiciones
regulaciones y estaacutendares ambientales vigentes
Artiacuteculo 4ordm Exclusioacuten del IVA en aplicacioacuten del artiacuteculo 428 literal f del Estatuto
Tributario El Ministerio del Medio Ambiente certificaraacute en cada caso que la maquinaria y
equipo a que hace referencia el artiacuteculo 428 literal f del Estatuto Tributario sea destinada a
sistemas de control ambiental y especiacuteficamente a reciclar y procesar basuras o
desperdicios (la maquinaria comprende lavado separado reciclado y extrusioacuten) para la
depuracioacuten o tratamiento de aguas residuales emisiones atmosfeacutericas o residuos soacutelidos
para recuperacioacuten de los riacuteos o el saneamiento baacutesico para lograr el mejoramiento del
medio ambiente siempre y cuando hagan parte de un programa que se apruebe por el
174
Ministerio del Medio Ambiente asiacute como sobre los equipos para el control y monitoreo
ambiental incluidos aquellos para cumplir los compromisos del Protocolo de Montreal
8 CONCLUSIONES
Gracias a la realizacioacuten del presente trabajo se pudo determinar que la utilizacioacuten de la
energiacutea eoacutelica para la generacioacuten de energiacutea eleacutectrica en zonas donde exista el potencial
eoacutelico suficiente en todo el territorio nacional es una alternativa que puede ser confiable
desde el punto de vista teacutecnico para las zonas apartadas del paiacutes que no esteacuten conectadas al
sistema interconectado nacional Esto se debe a que el desarrollo constante de la tecnologiacutea
hace que los sistemas conversores de energiacutea eoacutelica sean cada vez maacutes eficientes
Se determinoacute un lugar especiacutefico en el cual se aplicoacute la utilizacioacuten de la energiacutea eoacutelica
dicho lugar fue la Vereda Tibista zona rural del Municipio de Saboyaacute ubicado en el
departamento de Boyacaacute se encontroacute que esta zona presenta un potencial eoacutelico suficiente
del orden de 57ms lo que hace posible la instalacioacuten de un aerogenerador de 15kW con
respaldo de un banco de bateriacuteas Se dejoacute un sistema flexible el cual pueda estar sometido a
futuras ampliaciones o conexiones de equipos agriacutecolas como lo son equipos de ordentildeo
para ganado sistemas automaacuteticos de riego bebedores automaacuteticos para ganado
invernaderos motosierras etc Todo esto con el fin de tener autosuficiencia es decir que
se pueda generar su propia energiacutea eleacutectrica
Dentro del desarrollo del trabajo se encontroacute un buen nuacutemero de fabricantes
internacionales de aerogeneradores de baja potencia principalmente en Estados Unidos y
Espantildea En Colombia existen empresas como AQUAIRE ECOPRODUCTOS COHISCOL
LTDA que se dedican a la importacioacuten de estos equipos para todo el territorio nacional
Desde el punto de vista econoacutemico el proyecto no es atractivo para este lugar especifico
debido al bajo costo del kWh que suministra EBSA Este proyecto seriacutea maacutes rentable si se
realizara en zonas no interconectadas comparaacutendolo con otras alternativas como los es la
177
generacioacuten con un equipo diesel o haciendo la comparacioacuten con el costo que se generariacutea
tender redes del sistema de transmisioacuten nacional
En el estudio econoacutemico realizado al sistema conversor de energiacutea eoacutelica se tuvieron en
cuenta tres alternativas de inversioacuten diferentes tomando en cuenta ciertos aspectos como
una inversioacuten inicial baja y una financiacioacuten a 24 36 y 60 meses del valor restante de los
equipos a traveacutes de una entidad bancaria
Escogiendo asiacute la alternativa maacutes econoacutemica y rentable esto con el fin de plantear una
solucioacuten para un posible inversionista y dejar en claro que la opcioacuten de generar energiacutea
eleacutectrica a traveacutes de un sistema conversor de energiacutea eoacutelica es tambieacuten una solucioacuten
factible A pesar de las caracteriacutesticas anteriores resultariacutea maacutes rentable si se tuviera un
aerogenerador de mayor capacidad y se conectaran varios usuarios a dicho sistema
El mercado y las nuevas tecnologiacuteas asiacute como la necesidad de un futuro en que la
generacioacuten de energiacutea eleacutectrica sea una industria que no termine con los recursos naturales
y por otra parte aporte a la conservacioacuten del medio ambiente hace que los paiacuteses
desarrollados se fortalezcan en perfeccionar las tecnologiacuteas de fabricacioacuten de los sistemas
conversores de energiacutea eoacutelica y por ende sea maacutes factible econoacutemicamente su aplicacioacuten en
paiacuteses en proceso de desarrollo tecnoloacutegicamente como lo es Colombia Por todo ello se
logra cumplir el objetivo primordial que se busca en la presentacioacuten de este proyecto
suministrar de manera eficaz en la vereda Tibista zona rural de Saboyaacute energiacutea eleacutectrica
por medio de un aerogenerador de baja potencia sin alterar el ecosistema natural
Ademaacutes se tiene que Colombia en su marco regulatorio de las energiacuteas renovables cuenta
con ciertas leyes como lo son la ley 697 de octubre de 2001 223 de diciembre de 1995 y
el decreto 2532 de noviembre de 2001 que fomentan el uso racional de energiacutea y permiten
la exencioacuten del pago de algunos impuestos sobre la importacioacuten de equipos que esteacuten
destinados a instalaciones que utilicen energiacuteas alternativas
177
Es necesario que el gobierno tome medidas para la disminucioacuten del costo de importacioacuten de
materiales para los diferentes tipos de energiacutea alternativa buscando ofrecer al paiacutes nuevas
opciones de uso y aprovechamiento de energiacuteas limpias
Tambieacuten se establecioacute que el aumento progresivo y creacioacuten de nuevos impuestos no
convierte en una oportunidad viable la importacioacuten de nuevas alternativas en el sector
eleacutectrico por el contrario ello dificulta y atrasa la utilizacioacuten de fuentes renovables en el
paiacutes creando un riesgo en el beneficio de dichas fuentes Sin embargo se espera que en el
transcurrir del tiempo esta tecnologiacutea se expanda y evolucione reduciendo los costos de
fabricacioacuten y se logre que la importacioacuten del producto ya terminado como de las materias
primas sea maacutes atractiva haciendo posible en un futuro la fabricacioacuten y ensamblaje en el
paiacutes
9 RECOMENDACIONES
Para determinar la viabilidad teacutecnica en un sitio determinado es necesario realizar las
mediciones a nivel vertical sobre dicho sitio mas exactamente a 10m de la superficie como
miacutenimo ya que la velocidad del viento varia con la altura y con la posicioacuten de obstaacuteculos
alrededor del lugar Ademaacutes implementar el desarrollo de programas de valorizacioacuten del
recurso eoacutelico en lugares donde sea viable el estudio logrando asiacute una posible
implementacioacuten de los sistemas conversores de energiacutea eoacutelica tanto para generar energiacutea
eleacutectrica como para sistemas de aerobombeo
Utilizar fuentes no convencionales de energiacutea como lo puede ser la energiacutea eoacutelica la
energiacutea solar la biomasa etc para electrificar zonas donde la red eleacutectrica no exista por su
alto costo o por su difiacutecil acceso tambieacuten se recomienda utilizar estas fuentes de energiacutea en
sistemas donde es importante tener una continuidad en el servicio como por ejemplo
sistemas de comunicaciones y microondas
Buscar por medio de los gobiernos municipales departamentales y del gobierno nacional
la eliminacioacuten de impuestos estos por lo menos durante la mitad de la vida uacutetil del
aerogenerador ya que ello ayudariacutea a disponer de creacuteditos blandos para una futura
implementacioacuten Estas liacuteneas de creacutedito y financiacioacuten deben ser a largo plazo y un intereacutes
maacutes bajo que el manejado a nivel bancario logrando asiacute hacer una recuperacioacuten de capital
maacutes pronto y por ello haciendo maacutes llamativa la inversioacuten
Crear programas de investigacioacuten con otras facultades o entidades gubernamentales que
permitan realizar proyectos enfocados hacia la preservacioacuten de los recursos no renovables y
del medio ambiente utilizando las energiacuteas no convencionales
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Anexo 2 Ubicacioacuten geograacutefica de la estacioacuten metereoloacutegicaldquoALTO SABOYAacuterdquo
Anexo 3 Regiacutemenes de vientos de la estacioacuten ldquoALTO SABOYAacuterdquo de antildeos anteriores a 1997
Anexo 4 Tarifas de energiacutea eleacutectrica para Boyacaacute y Casanare durante el mes de mayo de 2002
RANGO DE Subsidio (-) oacute NIVEL DE TENSION
ESTRATO CONSUMO TARIFA CU(1) Contribucioacuten (2) CONCEPTO TARIFA Contribucioacuten (2) TARIFA Subsidio1 Entre 1 y 200 kWh 11287 22574 -50 NIVEL DE TENSION 1 (menor a 1 kilovoltio)
(Bajo Bajo) Mayor de 200 kWh 22574 22574 0 ACTIVA PLANA (00 a 24 horas) 27088 20 22574 02 Entre 1 y 200 kWh 13544 22574 -40 - Distritos o Asociaciones de Riego -- -- 11287 -50
(Bajo) Mayor de 200 kWh 22574 22574 0 ACTIVA DIFERENCIAL DOBLE (Una Punta)3 Entre 1 y 200 kWh 19188 22574 -15 - Horas Punta (17 a 21 horas) 32968 20 27473 0
(Medio Bajo) Mayor de 200 kWh 22574 22574 0 - Horas Fuera de Punta (00 a 17 y 21 a 24 horas) 24605 20 20504 04 ACTIVA DIFERENCIAL DOBLE (Dos Puntas)
(Medio) - Horas Punta (09 a 12 y 18 a 21 horas) 29355 20 24462 05 - Horas Fuera de Punta (00 a 09 12 a 18 y 21 a 24 horas) 24880 20 20734 0
(Medio Alto) ACTIVA DIFERENCIAL TRIPLE6 - Horas Demanda Miacutenima (00 a 05 horas) 22823 20 19019 0
(Alto) - Horas Demanda Media (05 a 17 y 21 a 24 horas) 25199 20 20999 0- Horas Demanda Maacutexima (17 a 21 horas) 32968 20 27473 0
RANGO DE Subsidio (-) oacute REACTIVA (00 a 24 horas) 27088 20 22574 0 ESTRATO CONSUMO TARIFA CU(1) Contribucioacuten (2) NIVEL DE TENSION 2 (entre 1 y 30 kilovoltios)
1 2 3 y 4 Mayor de 0 kWh 22574 22574 0 ACTIVA PLANA (00 a 24 horas) 21208 20 17674 0 5 y 6 Mayor de 0 kWh 27088 22574 20 - Distritos o Asociaciones de Riego -- -- 8837 -50
ACTIVA DIFERENCIAL DOBLE (Una Punta)COMPONENTES DEL COSTO UNITARIO DE PRESTACION DEL SERVICIO - Horas Punta (17 a 21 horas) 23778 20 19815 0
- Horas Fuera de Punta (00 a 17 y 21 a 24 horas) 20199 20 16832 0ACTIVA DIFERENCIAL DOBLE (Dos Puntas)- Horas Punta (09 a 12 y 18 a 21 horas) 22458 20 18715 0
Concepto Nivel Tensioacuten 1 2 3 4 - Horas Fuera de Punta (00 a 09 12 a 18 y 21 a 24 horas) 20241 20 16868 0 Generacioacuten G mt 5785 5785 5785 5785 ACTIVA DIFERENCIAL TRIPLE Transmisioacuten T mtz 1569 1569 1569 1569 - Horas Demanda Miacutenima (00 a 05 horas) 18878 20 15732 0 Peacuterdidas Reconocidas PR nt 1475 710 506 353 - Horas Demanda Media (05 a 17 y 21 a 24 horas) 20639 20 17199 0 Distribucioacuten D nm 8360 4170 2407 1070 - Horas Demanda Maacutexima (17 a 21 horas) 23778 20 19815 0 Otros Costos O mt 1358 1358 1358 1358 REACTIVA (00 a 24 horas) 21208 20 17674 0 Comercializacioacuten C mt 4229 4229 4229 4229 NIVEL DE TENSION 3 (entre 30 y 62 kilovoltios)
Costo Unitario CU nmt 22574 17674 15740 14281 ACTIVA PLANA (00 a 24 horas) 18888 20 15740 0ACTIVA DIFERENCIAL DOBLE (Una Punta) Horas Punta (17 a 21 horas) 20777 20 17314 0 Horas Fuera de Punta (00 a 17 y 21 a 24 horas) 18122 20 15102 0ACTIVA DIFERENCIAL DOBLE (Dos Puntas)
Horas Punta (09 a 12 y 18 a 21 horas) 19747 20 16456 0
Oficina Atencioacuten al Cliente Tunja 9800 918710 Horas Fuera de Punta (00 a 09 12 a 18 y 21 a 24 horas) 18171 20 15142 0
Oficina Atencioacuten al Cliente Yopal 9800 912870 ACTIVA DIFERENCIAL TRIPLE
Oficina Atencioacuten al Cliente Sogamoso 9800 918730 Horas Demanda Miacutenima (00 a 05 horas) 17709 20 14758 0
Oficina Atencioacuten al Cliente Duitama 9800 918720 Horas Demanda Media (05 a 17 y 21 a 24 horas) 18226 20 15188 0
Oficina Atencioacuten al Cliente Chiquinquiraacute 9800 918740 Horas Demanda Maacutexima (17 a 21 horas) 20777 20 17314 0
Oficina Atencioacuten al Cliente Pto Boyacaacute 9801 918750 REACTIVA (00 a 24 horas) 18888 20 15740 0
EMPRESA DE ENERGIacuteA DE BOYACAacute S A E S PTARIFAS DE ENERGIA ELECTRICA
APLICABLES A CONSUMOS EN EL MERCADO REGULADO DE BOYACA Y CASANARE DURANTE EL MES DE MAYO DE 2002
SECTOR RESIDENCIAL SECTOR NO RESIDENCIAL
PESOSKILOVATIO-HORA COMERCIAL E INDUSTRIAL OFICIAL Y ESPECIAL
Mayor de 0 kWh 22574 22574 0
Mayor de 0 kWh 27088 22574 20
Mayor de 0 kWh 27088 22574 20
AREAS COMUNESPESOSKILOVATIO-HORA
Vig
ilada
Sup
erin
tend
ecia
de
Serv
icio
s P
uacuteblic
os D
omic
ilari
os
(3) Para el Sector No Residencial el CU nmt es igual a la Tarifa Oficial en la Opcioacuten Tarifaria yo Franja Horaria
Caacutelculo Conforme a Resoluciones CREG 031 y 079 de 1997 116 de 2000 112 y 159 de 2001 (1) Costo Unitario de Prestacioacuten del Servicio (2) Factor de Contribucioacuten sobre el CU nmt al Fondo de Solidaridad y Redistribucioacuten de Ingresos
C UG T
P RD O Cn m t
m t m t z
n tn m m t m t
( )= +
minus+ + +
1
EVOLUCION MENSUAL DEL CPS CLIENTES REGULADOSDiciembre 2000 CUmt
NIVEL Gmt Tmtz Dnm Omt Cmt Calculado Variacioacuten
I 44919821 11366156 79556569 29462014 29900037 000
II 44919821 11366156 38888327 29462014 29900037 000
III 44919821 11366156 22444137 29462014 29900037 000
IV 44919821 11366156 9979921 29462014 29900037 000
Enero 2001 CUmt
NIVEL Gmt Tmtz Dnm Omt Cmt Calculado Variacioacuten
I 45874203 10375163 78465258 29994350 33663141 086
II 45874203 10375163 38746256 29994350 33663141 259
III 45874203 10375163 22362142 29994350 33663141 296
IV 45874203 10375163 9943461 29994350 33663141 331
Febrero 2001 CUmt
NIVEL Gmt Tmtz Dnm Omt Cmt Calculado Variacioacuten
I 47257800 11077231 79872648 29042251 34016237 244
II 47257800 11077231 39441227 29042251 34016237 406
III 47257800 11077231 22763239 29042251 34016237 438
IV 47257800 11077231 10121812 29042251 34016237 132
Marzo 2001 CUmt
NIVEL Gmt Tmtz Dnm Omt Cmt Calculado Variacioacuten
I 48986379 12061200 81293190 27188267 34660651 408
II 48986379 12061200 40142693 27188267 34660651 146
III 48986379 12061200 23168086 27188267 34660651 139
IV 48986379 12061200 10301829 27188267 34660651 133
Abril 2001 CU mt
NIVEL G mt T mtz D nm O mt C mt Calculado Variacioacuten
I 50039414 10789328 82069228 20111691 35173462 -281
II 50039414 10789328 40525902 20111691 35173462 -242
III 50039414 10789328 23389252 20111691 35173462 -307
IV 50039414 10789328 10400172 20111691 35173462 -240
Mayo 2001 CU mt
NIVEL G mt T mtz D nm O mt C mt Calculado Variacioacuten
I 51012094 11708212 83246437 16797767 35577085 -259
II 51012094 11708212 41107209 16797767 35577085 -260
III 51012094 11708212 23724750 16797767 35577085 -041
IV 51012094 11708212 10549353 16797767 35577085 -301
Junio 2001 CU mt
NIVEL G mt T mtz D nm O mt C mt Calculado Variacioacuten
I 51866974 11156097 83930402 15508129 35727023 -264
II 51866974 11156097 41444952 15508129 35727023 -289
III 51866974 11156097 23919676 15508129 35727023 -085
IV 51866974 11156097 10636028 15508129 35727023 -058
Julio 2001 CU mt
NIVEL G mt T mtz D nm O mt C mt Calculado Variacioacuten
I 52180336 11670543 83831753 21308814 35741476 048
II 52180336 11670543 41396239 21308814 35741476 114
III 52180336 11670543 23891561 21308814 35741476 382
IV 52180336 11670543 10623527 21308814 35741476 463
Agosto 2001 CU mt
NIVEL G mt T mtz D nm O mt C mt Calculado Variacioacuten
I 52683151 11389505 83785717 25743688 35780356 266
II 52683151 11389505 41373506 25743688 35780356 398
III 52683151 11389505 23878441 25743688 35780356 317IV 52683151 11389505 10617693 25743688 35780356 351
Septiembre-01 CU mtNIVEL G mt T mtz D nm O mt C mt Calculado Variacioacuten
I 53248511 870 10993397 -885 84035627 337 25961599 -451 35873533 350 302
II 53248511 107 10993397 -348 41496912 030 25961599 085 35873533 026 036
III 53248511 107 10993397 -348 23949664 030 25961599 085 35873533 026 037IV 53248511 107 10993397 -348 10649363 030 25961599 085 35873533 026 037
Octubre-01 CU mtNIVEL G mt T mtz D nm O mt C mt Calculado Variacioacuten
I 53740843 092 11488452 450 84114546 009 22905985 -1177 36006723 037 519
II 53740843 201 11488452 087 41535883 009 22905985 -1102 36006723 037 -106
III 53740843 201 11488452 087 23972156 009 22905985 -1102 36006723 037 -121IV 53740843 201 11488452 087 10659364 009 22905985 -1102 36006723 037 -136
Noviembre-01 CU mtNIVEL G mt T mtz D nm O mt C mt Calculado Variacioacuten
I 54969891 229 11371207 -102 83765987 -041 16196000 -2929 36072371 018 -259
II 54969891 229 11371207 -102 41363764 -041 16196000 -2929 36072371 018 -329
III 54969891 229 11371207 -102 23872819 -041 16196000 -2929 36072371 018 -368IV 54969891 229 11371207 -102 10615193 -041 16196000 -2929 36072371 018 -404
Diciembre-01 CU mtNIVEL G mt T mtz D nm O mt C mt Calculado Variacioacuten
I 54493122 -087 11945663 505 83667338 -012 10293558 -3644 36114531 012 -525
II 54493122 -087 11945663 505 41315051 -012 10293558 -3644 36114531 012 -669
III 54493122 -087 11945663 505 23844704 -012 10293558 -3644 36114531 012 -749IV 54493122 -087 11945663 505 10602692 -012 10293558 -3644 36114531 012 -824
EVOLUCION MENSUAL DEL CPS CLIENTES REGULADOSDiciembre-01 CU mt
NIVEL G mt T mtz D nm O mt C mt Calculado Variacioacuten
I 54493122 11945663 83667338 10293558 36114531 II 54493122 11945663 41315051 10293558 36114531 III 54493122 11945663 23844704 10293558 36114531 IV 54493122 11945663 10602692 10293558 36114531
Enero 2002 CUmt
NIVEL Gmt Tmtz Dnm Omt Cmt Calculado Variacioacuten
I 55408548 168 11428968 -433 82226014 -172 8301668 -1935 40772331 1290 081
II 55408548 168 11428968 -433 41017642 -072 8301668 -1935 40772331 1290 176
III 55408548 168 11428968 -433 23673057 -072 8301668 -1935 40772331 1290 208
IV 55408548 168 11428968 -433 10526368 -072 8301668 -1935 40772331 1290 239
Febrero 2002 CUmt
NIVEL Gmt Tmtz Dnm Omt Cmt Calculado Variacioacuten
I 56306160 162 15364140 3443 82580492 043 9419452 1346 41097439 080 356
II 56306160 162 15364140 3443 41194470 043 9419452 1346 41097439 080 421
III 56306160 162 15364140 3443 23775112 043 9419452 1346 41097439 080 464
IV 56306160 162 15364140 3443 10571747 043 9419452 1346 41097439 080 504
Marzo 2002 CUmt
NIVEL Gmt Tmtz Dnm Omt Cmt Calculado Variacioacuten
I 56372387 012 16350737 642 82831849 030 11970285 2708 41613252 210
II 56372387 012 16350737 642 41319857 030 11970285 2708 41613252 256
III 56372387 012 16350737 642 23847478 030 11970285 2708 41613252 284
IV 56372387 012 16350737 642 10603925 030 11970285 2708 41613252 310
Abril de 2002 CU mt
NIVEL G mt T mtz D nm O mt C mt Calculado Variacioacuten
I 55332060 -185 15490183 -526 83283003 054 12763344 663 41907335 071 -031
II 55332060 -185 15490183 -526 41544911 054 12763344 663 41907335 071 213
III 55332060 -185 15490183 -526 23977366 054 12763344 663 41907335 071 231
IV 55332060 -185 15490183 -526 10661681 054 12763344 663 41907335 071 765
Mayo de 2002 CU mt
NIVEL G mt T mtz D nm O mt C mt Calculado Variacioacuten
I 57854106 456 15692856 131 83598810 038 13575945 637 42289963 091 181
II 57854106 456 15692856 131 41702448 038 13575945 637 42289963 091 466
III 57854106 456 15692856 131 24068288 038 13575945 637 42289963 091 271
IV 57854106 456 15692856 131 10702110 038 13575945 637 42289963 091 1080
Junio 2002 CU mt
NIVEL G mt T mtz D nm O mt C mt Calculado Variacioacuten
I 0000000 -10000
II 0000000 -10000
III 0000000 -10000
IV 0000000 -10000
Julio 2002 CU mt
NIVEL G mt T mtz D nm O mt C mt Calculado Variacioacuten
I 0000000 -10000
II 0000000 -10000
III 0000000 -10000
IV 0000000 -10000
Agosto 2002 CU mt
NIVEL G mt T mtz D nm O mt C mt Calculado Variacioacuten
I 0000000 -10000
II 0000000 -10000
III 0000000 iexclDIV0IV 0000000 iexclDIV0
Septiembre-02 CU mtNIVEL G mt T mtz D nm O mt C mt Calculado Variacioacuten
I 0000000 -10000
II 0000000 iexclDIV0
III 0000000 iexclDIV0IV 0000000 iexclDIV0
Octubre-02 CU mtNIVEL G mt T mtz D nm O mt C mt Calculado Variacioacuten
I 0000000 -10000
II 0000000 iexclDIV0
III 0000000 iexclDIV0IV 0000000 iexclDIV0
Noviembre-02 CU mtNIVEL G mt T mtz D nm O mt C mt Calculado Variacioacuten
I 0000000 iexclDIV0
II 0000000 iexclDIV0
III 0000000 iexclDIV0IV 0000000 iexclDIV0
Diciembre-02 CU mtNIVEL G mt T mtz D nm O mt C mt Calculado Variacioacuten
I 0000000 iexclDIV0
II 0000000 iexclDIV0
III 0000000 iexclDIV0IV 0000000 iexclDIV0
Anexo 6 Corporaciones autoacutenomas regionales de Colombia
Anexo 7 Formulario para la solicitud de licencia ambiental
Anexo 1 Ubicacioacuten geograacutefica de la vereda Tibista
Anexo 5 Flujos de fondos para la alternativa escogida
- Factibilidad teacutecnica y econoacutemica para el suministro de energiacutea eleacutectrica en zona rural de Saboyaacute departamento de Boyacaacute por medio de aerogeneracioacuten a baja potencia
-
- Citacioacuten recomendada
-
- FACTIBILIDAD TECNICA Y ECONOMICA PARA EL SUMINISTRO DE ENERGIA ELECTRICA EN ZONA RURAL DE SABOYAacute DEPARTAMENTO DE BOYACA POR
-
