UNIVERSIDAD NACIONAL DEL SANTA DEPARTAMENTO DE ENERGÍA Y FISICA “ EVALUACIÓN DEL POTENCIAL EOLICO EN EL CAMPUS DE LA UNIVERSIDAD DEL SANTA Y DETERMINACIÓN DE LAS CARACTERISCTICAS DEL AEROGENERADOR A SER INSTALADO ” Msc. Hugo Calderón Torres I ngeniero Energético e-mail: rolandoct2004 terra.com Nuevo Chimbote - 2004 14/10/2018

INTRODUCCION El presente trabajo es un estudio preliminar, dirigido a responder a la interrogante planteada acerca del potencial eólico disponible en el campus de la Universidad del Santa, a través de la evaluación de este recurso. Básicamente, para determinar el potencial energético eolico es necesario conocer características del viento, tales como: clasificación velocidad,, distribución horaria, mensual, anual, frecuencia de las velocidades máximas y mínimas, así como el tipo de clima de los lugares seleccionados, para tales fines. Para evaluar el potencial eolico, fue necesario realizar mediciones y cálculos de las características del viento en los lugares seleccionados, lo que a su vez nos permitió contar con la información necesaria, para determinar los parámetros de diseño y de una selección adecuada del aerogenerador, que opere en las condiciones de viento del campuis de la universidad del santa.

DATOS GENERALES 1.1 Facultad a la que Pertenecen los Investigadores : Facultad de Ingeniería 1.2 Área y Línea de Desarrollo de la Investigación : Área : Desarrollo Energético: Renovable y no Renovable. Línea : Potencial Energético 1.3 Tipo de Investigación : Según su Naturaleza o Profundidad : Descriptiva 1.4 Lugar y Centro de Ejecución del Proyecto : Localidad : Nuevo Chimbote, Campus Universitario Institución : Universidad Nacional del Santa

II. PLANTEAMIENTO DEL ESTUDIO 2.1 PROBLEMA : “ ¿ Cuál es el potencial eólico del campus de la Universidad Nacional del Santa y las características optimas del aerogenerador a instalarse para aprovechar convenientemente este potencial ?”

II. PLANTEAMIENTO DEL ESTUDIO 2.2 OBJETIVOS : 2.2.1 OBJETIVOS GENERALES: 1. Evaluar el potencial energético eólico y determinar las características del aerogenerador a ser instalado en el campus de la ciudad Universitaria. 2.2.2 OBJETIVOS ESPECIFICOS: 1. Determinar el potencial eólico en el campus. 2. Determinar el lugar mas optimo dentro del campus para la instalación. 3. Determinar las características del aerogenerador.

2.3 IMPORTANCIA DEL ESTUDIO La presente investigación es de gran importancia y tiene su justificación en lo siguiente: Se obtendrá información esencial del potencial energético de la zona de estudio. Esta orientado a resolver los problemas relacionados con la demanda insatisfecha de energía. La ejecución del proyecto servirá para impulsar el uso adecuado de los recursos energéticos renovables. El proyecto se enmarca dentro de los fines de la universidad.

III. MEDICIÓN Y ESTIMACIÓN DEL RECURSO 3.1 Medios, Materiales y Equipos Entre los principales instrumentos de medición, equipos y materiales utilizados para la medición de la velocidad del viento en el campus son: 1 anemómetro digital tipo aspas 1 anemómetro artesanal calibrado tipo cazoleta, especialmente construido para la medición, compuesta de 3 superficies semicilíndricas. 1 Multitester digital 1 cronómetro Una Veleta Mastiles Grupos de Medición 1 computadora

3.2 DE LOS LUGARES: Las mediciones se realizaron en varios sectores del campus universitario, los mismos que fueron seleccionados de acuerdo a la necesidad y las características que presentaban visualmente los vientos en forma libre, teniendo en cuenta que la presencia de obstáculos dificultan el libre desplazamiento de las masas de aire. Los lugares que se eligieron por convenir a nuestro requerimientos teniendo en cuenta sus características, se encuentran ubicados respectivamente en: Punto 1 : La losa solar Punto 2 : El pabellón de energía ( techo del tercer piso) Punto 3 : El espacio entre el pabellón de energía y el de humanidades Punto 4 : En el médano a un costado de la cancha de gras

Características de los Lugares: Algunos de los parámetros y características comunes del lugar para todos los puntos de medición en general son: La ubicación geográfica aproximada para todos los puntos es de latitud 9,17º S y longitud 78.50° O. 2. Una altura aproximada de 10 metros sobre el nivel del mar. 3. Una humedad relativa promedio anual de 70 %. 4. Temperatura promedio anual de 20.7 ºC.

3.3 RESULTADO DE LAS MEDICIONES 14/10/2018 10

TABLA Nº 1 VELOCIDAD PROMEDIO DE VIENTO PUNTO 2: FEBRERO JULIO 2003 PUNTO 4: DICIEMBRE 2003 – ENERO 2004 MES VELOCIDAD m/s HORA 8:00 9:00 10.00 11:00 12:00 13:00 14:00 15:00 16:00 17:00 18:00 VPRO Febrero 0.08 1.39 2.58 4.59 5.32 5.38 5.60 7.09 5.86 5.84 3.12 4.26 Marzo 0.03 1.41 2.34 4.21 5.29 5.23 5.57 6.81 5.61 5.72 2.27 4.04 Abril 0.12 2.08 3.42 5.51 5.67 5.94 7.23 6.48 6.07 3.23 4.60 Mayo 0.04 1.58 2.36 4.86 4.78 5.15 5.88 6.38 5.7 2.16 3.96 Junio 0.02 1.37 2.18 3.89 4.36 5.09 5.45 6.22 5.37 4.79 2.07 3.73 Julio 0.01 1.29 1.89 4.15 4.12 4.96 5.87 5.19 4.42 1.96 3.53 Diciembre 0.55 1.11 3.03 3.6 4.76 8.82 8.86 8.58 8.46 7.9 7.83 5.63 Enero /04 1.53 3.36 4.95 6.53 6.8 6.65 6.62 5.49 4.72 4.68 Promedio 0.14 1.47 2.65 4.31 5.08 5.89 6.17 6.85 6.39 5.74 4.3

Variación de la Velocidad Promedio Mensual Grafico Nº 1

Grafico Nº2. Variación de la Velocidad Promedio Mensual en el Transcurso del Día

Grafico Nº 3. Comportamiento de la Velocidad Promedio Horaria del día 07 de Enero del 2004.

3.4 RESULTADO DE LAS ESTIMACIONES Y PROYECCIONES DEL RECURSO 14/10/2018 15

Histograma de Frecuencias de la velocidad Promedio Periodo Febrero- Julio 2003, Diciembre- Enero 2004

PARAMETROS DE RAYLEIGH TABLA Nº 3 Proyección de la Cantidad de Horas de Velocidad Para el Año en Base a los Parámetros de Rayleich PARAMETROS DE RAYLEIGH VProm 4,3 V 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 K 0,0 0,2 0,4 0,7 1,1 1,5 2,1 2,7 3,4 4,2 5,1 6,1 7,2 8,3 R(V) 0,00 0,08 0,14 0,17 0,15 0,11 0,07 0,04 0,02 0,01 Horas (h) 713,2 1255,8 1523,3 1508,8 1286,8 967,8 650,1 392,9 214,7 106,4 48,0 19,7 7,4 2,5

Grafico Nº 5 Probabilidad de Ocurrencia de las Velocidades Según Rayleigh

Grafico Nº 7 Variación de la Energía Disponible en el Periodo de Medición a 10m. del suelo.

Grafico Nº 8 Variación de la Velocidad con la Altura

Grafico Nº 9 probabilidad de Ocurrencia de Velocidades a una altura de 25m

Gráfico Nº10 Energía Disponible Proyectada a 25 m. del suelo E/EREF = (Z/ZREF) 3a

3.5 RESULTADO DE LAS ESTIMACIONES Y PROYECCIONES DEL RECURSO 14/10/2018 23

3.5 CARACTERISTICAS, CALCULO DEL DISEÑO Y SELECCIÓN DEL AEROGENERADOR Consideramos que: La potencia eléctrica de demanda de salida, Ptotal = 8 kW Una transmisión entre el eje del rotor y el del generador que asegure un rendimiento, mec = 95 % Generador eléctrico de calidad con rendimiento, elec = 87 % La densidad del aire será  = 1,293 kg/m3 Un Diseño para la de modo que asegure, un Cp = 0,4.

C A L C U L O S Ptotal ( kW ) Cp  ()  ()  ( Kg /m  10   Ptotal ( kW ) Cp  ()  ()  ( Kg /m  10 0.4 0.87 0.95 1,293 V,[m/s] Ec. (23) D,[m] 3 44.79 6.5 14.04 3,5 35.54 7 12.57 4 29.09 7.5 11.33 4.5 24.38 8 10.28 5 20,81 8.5 9.39 5.5 18,04 9 9.62 6 15,83 9.5 7.95

Variantes Seleccionadas Cp [m/s] [m] 4 28 0.47 4.5 23 0.49 5 20 0.48 5.5 18 0.44 6 15 6.5 14

SELECCIÓN Ptotal V D  Alternativa en estudio, Identificación Marca, País de origen, Identificación [kW] [m/s] [m] 10 4 28 0.3085 (a) 13 7 0,189 BERGEY, Estados Unidos (g*) 4.5 23 0.4049 (b) 11 8,5 0,216 BRÜMMER, Alemania (h*) 5 20 0.3967 (c) 12 8 0,184 GEIGER, Alemania (i*) 5.5 18 0.3637 (d) 0,289 J. BORNAY, España (j*) 6 15 (e) 0,241 LMW, Holanda (k*) 6.5 14 (f) 11,5 0,273 VERGNET, Francia (l*)

PARÁMETROS DE DISEÑO Considerando velocidad de supervivencia 60 m/s V UNIDAD V 5,0 m/s D 20,0 m Cp 0,48 N 57.1 rpm  5.97 rad/s  11.94 Z 3 Palas 14/10/2018 28

CONCLUSIONES El campus Universitario, tiene zonas con buen potencial eólico. Con los datos obtenidos, podemos afirmar que es posible la implementación de aerogeneradores de baja potencia,. Básicamente la dirección del viento es de dirección Sur ( 60-70%) y en dirección Sur-Este o Sur – Oeste. Esto se a podido contrastar con otras fuentes. Podemos parcialmente afirmar, que las mayores velocidades de viento se presentan en la segunda mitad del día. Preliminarmente podemos decir que uno de los mejores lugares para aprovechar el recurso eólico, es el punto signado con el numero 4. Los datos no nos permiten asegurar la implementación de aerogenerdores de mayor potencia, por lo que es necesario seguir evaluando el recurso. Se ha logrado cumplir con los objetivos planteados en el proyecto. Se determino en base a los datos medidos el potencial eólico a una altura de referencia, así mismo se sentó el criterio para proyectar y evaluar el recurso a otras alturas diferentes a la de referencia .

RECOMENDACIONES Utilizar un estación meteorológica con almacenamiento y procesamiento de datos, que nos permita cubrir las 24 horas del día Establecer un monitoreo Permanente de la velocidad del viento dentro del campus universitario y sus alrededores. Enriquecer y corregir los datos obtenidos a fin de lograr una base de datos, que a futuro nos permita con certeza hacer una buena estimación de la velocidad del viento. Implementar Aerogeneradores de baja Potencia, en lugares estratégicos dentro del campus.

GRACIAS

VENTAJAS 1. Es una fuente Inagotable y permite reducir el uso de los combustibles fósiles. 2. No produce contaminación y su uso contribuye a evitar el cambio climático. 3. Evita la contaminación en el transporte, reduce el tráfico marítimo y terrestre, suprimiendo los riesgos de accidentes. 4. Es un recurso barato y al alcance de todos . 5. La eólica en particular ofrece como beneficios la no generación de residuos peligrosos. Sus costos disminuyen como consecuencia del avance tecnológico y la complementación con la moderna tecnología electrónica.

VENTAJAS Un Parque eólico de 10 MW: - Evita 28 480 Tn al año de CO2. - Sustituye 2 447 TEP. - Genera Energía eléctrica para 11 000 familias. - Proporciona Industria y tecnología. - Trabajo a 130 personas al año durante el diseño y la construcción.

DESVENTAJAS 1. El aire tiene un peso específico pequeño, lo que implica fabricar máquinas grandes. 2. El ruido producido por el giro del rotor. 3. Un impacto visual inevitable. 4. Interferencias electromagnéticas que distorsionan las señales de televisión en un área de hasta 5 Km. 5. Cambios microclimaticos. No son significativos a no ser que se coloquen muchos generadores próximos unos a otros. 6. Migraciones de pájaros, no son significativos.

TENDENCIA

PARQUE EOLICO