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Proyecto sobre la elaboración de un manual para diseñar sistemas eólico-solares para comunidades rurale
Tipo: Tesis
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Informe Técnico presentado como requisito para el cumplimiento de las
Pasantías
Autores :
Balza, Daniela
Vásquez, Aviel
Freicher, Darianny
Hansen, Anaymar
Álvarez, Ayrtón
Espósito, Daniel
Tutora Académica : Abog. Mgs. Guelcy González
Punto Fijo, Enero 2021
i
ÍNDICE DE CONTENIDO ii LISTA DE CUADROS iv
SOLAR PARA COMUNIDADES RURALES
CUADRO pp.
1 Valores de la Ley exponencial de Hellman 16
2 Estructura de la Propuesta 20
3 Tabla de consumo 45
4 Caída de tensión 53
5 Puntos de instalación 57
6 Cartilla de especificaciones técnicas 63
7 Plan de mantenimiento 68
8 Plan de Mercadeo 76
iv
Nº FIGURA pp
1 Capacidad mundial de energía solar FV, por país y región 2006-
2 Potencia de los aerogeneradores 7
3 Origen de la energía eólica 27
4 Calculo de potencia eólica 28
5 Componentes de un aerogenerador 29
6 Paneles de energía solar 32
7 Tipos de radiación 33
8 Principio de funcionamiento de energía solar 34
9 Irradiancia 36
10 Irradiación 36
11 Batería 37
12 Inversor 39
13 Regulador 40
14 Tipos de conductores 42
15 Sistema híbrido eólico-solar 43
16 Estructura de soporte de un generador fotovoltaico 56
v
La difícil situación energética que atraviesa el país, es uno de los factores más
significativos para la búsqueda de alternativas en cuanto a producción de energía
eléctrica se refiere. Es un hecho público y notorio que actualmente Venezuela se
encuentra sufriendo una gran crisis energética que está afectando directamente al
consumo humano y de estabilidad, debido entre otras cosas, a que existe un
aumento de la población, se han generado construcciones de urbanismos
descontrolada y con poco apoyo de las organizaciones gubernamentales, lo cual
ha generado un gran impacto ambiental desfavorable. Todo lo anteriormente
expuesto es lo que hace necesario tratar de usar otras alternativas energéticas
que sean capaces de producir los mismos beneficios que proporciona la energía
eléctrica, pero sin ocasionar tanto daño al ambiente.
Según, el análisis publicado en la página de internetwww.lta.reuters.com,
Venezuela se posicionaba en el año 2006 como el país mayor consumidor de
electricidad en Latinoamérica superado solo por Chile, desafortunadamente y
según los nuevos informes de la fuente, el sector eléctrico en Venezuela solo ha
decaído con el pasar de los años y las inadecuadas políticas públicas en cuanto a
trabajos de mantenimiento y planes de inversión hacen que la crisis energética se
acentúe aún más , menoscabando los ideales impregnados en la Constitución de
la República Bolivariana de Venezuela (2000) en su artículo 127 el cual establece
que “Es un derecho y un deber de cada generación proteger y mantener el
ambiente y en beneficio de sí misma y del mundo futuro. Toda persona tiene
derecho individual y colectivamente a disfrutar de una vida y de un ambiente
Seguro, sano y ecológicamente equilibrado”.
Venezuela, es un país tropical situado muy cerca del ecuador, por lo que posee
vastas zonas de explotación de ingentes cantidades de irradiación solar y vientos
existentes por la cercanía que tiene con el mar Caribe, las cuales persisten a lo
largo de todo el año, lo cual nos permitirá el aprovechamiento de los recursos
eólicos y solares.
El estudio de tecnología limpias nos permite el aprovechamiento de los recursos
renovables para satisfacer las necesidades energéticas requeridas en las
comunidades alejadas de red eléctricas públicas, disminuyendo los daños y la
contaminación de nuestro medio ambiente producidos por los métodos
tradicionales de producción de energía. La aplicación de tecnología limpias
renovables, está orientado a dar una solución para la búsqueda de alternativas
menos contaminantes y rentables a largo plazo, lo que nos permitirá que la
demanda energética presente en el país disminuya.
Es por ello que, nos proponemos con este proyecto, realizar un manual para el
uso adecuado del sistema eólico y solar en comunidades rurales en Venezuela, lo
que es sin duda una actividad menos laboriosa que la de su implementación, pero
cabría la posibilidad de aceptar el desafío considerando los beneficios que traería
a la población rural con el objetivo de avanzar como sociedad con alta sensibilidad
ecológica y visión futurista, que atienda los requerimientos energéticos actuales.
La utilización de estos recursos en el diseño de un sistema hibrido optimizará las
mejores condiciones del viento y el sol, complementados entre sí. Los días
nublados, no permiten el aprovechamiento adecuado de la luz solar, mientras que
son ideales para los aerogeneradores, en cambio, los días soleados con poco
viento, son adecuados para las placas fotovoltaicas.
La energía solar térmica es una fuente de energía renovable que posee un
efecto fotovoltaico que incide sobre unos materiales denominados
semiconductores, de tal modo que, genera un potencial de energía aprovechable.
Por otra parte, tenemos la energía eólica que como recurso renovable, también
proviene del efecto del sol y del viento debido a los rayos solares caídos sobre la
tierra y sus movimientos de rotación y traslación creando una presencia en las
masas continentales y oceánicas, estos generan los vientos para una producción
de una energía cinética y la traduce en electricidad, la cual utiliza turbinas eólicas
que se instalan en parques eólicos.
país. Se estima que los cortes de electricidad causaron más de 1.000 millones de
dólares en perdidas
Durante los primeros meses del año 2020, el gobierno ha tenido que recurrir a
programas de corte, debido a la inestabilidad del servicio eléctrico; y en los meses
de marzo y abril los cortes en diferentes estados se han vuelto continuos, donde
en algunas ciudades se aplican recortes de hasta seis horas dos veces al día, solo
en los tres primeros meses del año 2020 fueron reportadas 17.251 fallas
eléctricas, las cuales hoy en día continúan sucediendo.
Energía:
Es la capacidad que poseen los cuerpos para poder efectuar un trabajo a causa
de su constitución (energía interna), de su posición (energía potencia) o de su
movimiento (energía cinética).
Es la energía cinetica generada por el movimiento de las masas de aire, es decir,
el viento. Principalmente se utiliza para producir energía eléctrica mediante
aerogeneradores, es un recurso abundante, limpio y ayuda a disminuir las
emisiones de gases de efecto invernadero.
Energía Solar:
La energía solar es el término que se denomina a la energía proveniente de la
radiación del sol. Las celdas fotovoltaicas transforman directamente la radiación
solar en electricidad, por medio de un fenómeno físico denominado fotovoltaico.
Figura 1. Capacidad mundial de energía solar FV, por país y región 2006-
Para poder generar ese efecto fotovoltaico en un dispositivo optoelectrónica se
debe realizar un proceso de absorción de luz. Este proceso la energía de la luz es
transferida a los electrones del material con que este fabricado el dispositivo. Al
ganar energía, los electrones rompen los enlaces que los mantenía ligados a sus
átomos y puede removerse “libremente” por el material, dejando huecos en sus
lugares. Estos huecos se comportan como partículas positivas. Mediante un
campo eléctrico interno obligándolo acumularse de lado del dispositivo y los
huecos del otro lado. Las cargas en los lados opuestos del dispositivo dan como
resultado un voltaje eléctrico. Si se establece un circuito electico externo que una
a las dos superficies los electrones acumulados fluirán a través de él regresando a
su “posición energética inicial”. Este flujo de electrones forma precisamente la
corriente fotovoltaica.
El desempeño de un Sistema fotovoltaico depende principalmente de la
cantidad de radiacion solar que reciba. Esta radiacion es la cantidad de energia
solar que incide sobre la superficie por unidad de tiempo. Fuera de la atmosfera, la
Sistema hibrido, combina la radiación solar (sistema fotovoltaico) y la fuerza
eólica del viento (aerogenerador o sistema eólico) para producir electricidad, con
una capacidad de 12 kWp, distribuidos en la potencia del aerogenerador (6kWp),
con una potencia de respaldo de 14kWp. Se encuentra instalado en la comunidad
Punta Macolla está ubicada al noreste de la Península de Paraguaná cercano a
los Taques, cuenta con dos sistemas fotovoltaicos (3,84 kWp y 1,2 kWp) para la
electrificación de la Casa de los pescadores.
La evolución de la potencia de los aerogeneradores modernos ha aumentado
significativamente en los últimos años en los países desarrolladlos. La potencia
total instalada a nivel mundial La generación de la energía eólica posee una
ventaja significativa respecto a las energías convencionales, no genera emisiones
de contaminantes.
Figura 2. Potencia de los aerogeneradores
Durante los últimos anos, la energía eólica se ha desarrollado a pasos
acelerados en el mundo. En el año 2000, había cerca de 16,500 MW instalados
que generaron cerca de 36 TWh en ese año. Hacia finales del 2002 operaban
cerca de 60 mil turbinas eólicas para servicio público en 46 países, con una
capacidad de potencia de viento instalada que en total excedía los 32,000 MW. En
el año 2008 la capacidad instalada mundial llego a los 120,800 MW.
A finales del 2002, Alemania cubrió el 4.7% de sus necesidades de electricidad
con energía eólica, para el 2006 el área de Schleswig-Holstein llego al 26% de su
demanda eléctrica mediante aerogeneradores. Similarmente, para 2006, 20% de
la electricidad en Dinamarca provenía de la generación eólica.
El parque eólico de Paraguaná es una estructura de molinos de viento estos
aerogeneradores de electricidad se encuentran ubicados en las cercanías de
Santa Cruz de los Taques, en la Península de Paraguaná del Estado Falcón,
cuenta con una extensión de 575 hectáreas los vientos que oscilan son de 40 y 50
km/h. En el año 2005 la empresa estatal PDVSA, había proyectado el “Parque
Eólica Paraguaná”, el Proyecto inicio el 2006 el Proyecto inicio en ese momento
con 50 autogeneradores, en un área de aproximadamente de 921 hectáreas,
conformador por 27 turbinas de 1,5 MW cada una aportaría al Sistema Eléctrico
Nación (SEN) con un total de 40 MW. El inicio de su construcción sufrió retardos
por dos años, el 2010 se modificó a un nuevo Proyecto con la construcción de 24
fundaciones iníciales que sostendrían los 24 de unos 72 aerogeneradores como la
primera fase, en el estado Falcón después de realizado el estudio de los
aerogeneradores como la segunda fase con 52, para un total de 76, cada uno
aportando 1,3 MW.
Los países con más Energías Renovables:
o Asia: se ha convertido en el nuevo líder de la capacidad total instalada. Con el
36,9% de la capacidad eólica instalada mundial, ahora es el continente con
más instalaciones de energía eólica que Europa, que representa el 36,7%.
Aunque en junio de 2013, China tenía una capacidad instalada de 98,6 GW,
casi llegando a 100 GW. Otros dos mercados potenciales importantes, Japón
y Corea siendo creciendo a tasas muy modestas a solo 2% en el 2014.
Fundamentando dicho tema, la Ley Orgánica del Ambiente se basa en el marco
del desarrollo sustentable como derecho y deber fundamental del Estado y de la
sociedad, contribuyendo así a la seguridad, máximo bienestar de la población y al
sostenimiento del planeta, en interés de la humanidad. Tomándose en cuenta los
artículos 20; 23.4; 30.7; 40 y 42; los cuales figuran la importancia de la
participación de las organizaciones ambientalistas, comunidades rurales,
comunidades indígenas, los consejos comunales ,las comunidades organizadas y
otras formas asociativas para hacer efectivo el ejercicio legítimo del derecho a la
participación ciudadana en la formulación, adopción o ejecución de planes,
proyectos y otras medidas dirigidas a la conservación del ambiente, por tal motivo
la implementación de dicho manual ayudaría a la sociedad a contar con el mejor
conocimiento sobre el tema para mejorar el bienestar colectivo estableciendo así
un ambiente seguro, sano y ecológicamente equilibrado.
Ley Orgánica de Sistema y Servicio Eléctrico. Gaceta oficial No. 39.537 fecha
Esta ley establece las disposiciones que aseguran a todos los usuarios del
servicio eléctrico una prestación de calidad técnica y comercialmente provechosa,
confiable y al menor costo posible; por lo tanto, la implementación de este manual
resultaría beneficioso para la comunidad porque la ley en referencia provee los
mecanismos para permitir el acceso al servicio que se pretende recuperar a la
población de bajos ingresos, así lo establece el artículo 5: “La prestación del
servicio eléctrico se rige bajo los siguientes principios, sustentabilidad ambiental,
uso racional y eficiente de los recursos, diversificación del uso de las fuentes de
energía primarias, Utilización de fuentes alternativas de energía”
Ley de Uso Racional y Eficiente de la Energía. Gaceta Oficial No. 39.
fecha 19/12/
Los procesos de producción, generación, transformación, distribución y
comercialización eficiente de la energía eléctrica son algunos de los puntos más
resaltantes de la ley en cuestión, así como el uso final de la electricidad
conservando los recursos naturales y minimizando el impacto ambiental. Su
importancia se extiende a todos los niveles de la sociedad cuyo fin es preservar
los recursos naturales disponibles y por lo tanto sus disposiciones revisten
carácter de orden público. La conservación y preservación de la energía, el buen
uso poblacional y la optimización de las nuevas tecnologías que conduzcan hacia
la transferencia tecnológica según los instrumentos internacionales vigentes están
consagradas en los artículos 1, 7 y 8 de la misma ley.
Ley Penal del Ambiente Gaceta Oficial No. 39.913 fecha 02/05/
Tiene por objetivo esta ley el de tipificar los delitos que atenten contra los
recursos naturales, espacios y áreas protegidas consideradas de interés ambiental
por el Estado. Es fundamento jurídico para este manual dada la imposición de
medidas que sancionan conductas nocivas para el ambiente y por lo tanto es
principal referente para el sano desarrollo del proyecto de recuperación del
complejo atendiendo rigurosamente a cada requisito dentro del marco de la
legalidad e institucionalidad; así lo tipifican los artículos 43 y 44 de la ley, donde
reviste de carácter sancionatorio para el funcionario público el otorgamiento de
permisos o autorizaciones sin estudio de impacto ambiental y/o plan de manejo
sustentable de manera que es requisito indispensable para este manual y futuros
proyectos contar con dicha perisología y documentación.
Es preciso señalar que, a pesar de que la entidad encargada de gestionar el
proyecto Corporación Eléctrica Nacional (CORPOELEC) pertenezca al Estado mal
podría asumirse que existe una exclusión por parte del legislador de las empresas
brinda la naturaleza y que como tal no presenta ningún tipo de intervención
humana.
Herrera (2011) menciona que “Los recursos naturales son extendidamente
valorados por ello y porque contribuyen ciertamente al bienestar y el desarrollo de
diferentes productos necesarios para el desarrollo de la vida”. Entre los tipos de
recursos renovables se destacan: el agua, la energía solar, el viento, la marea y la
energía hidroeléctrica.
De alguna manera podríamos calificarlos como eternos dado que es muy difícil
que se agoten con el transcurrir del tiempo. Ahora bien, también hay otros
recursos renovables que si se los produce de una manera regular en el tiempo
también podremos contar con ellos, tal es el caso de la madera, el papel, el cuero,
entre otros. La fuente de energía que es más prolífera en nuestro planeta es sin
duda la solar.
Por su parte, la energía eólica, ósea el viento, también abunda en el mundo y
por limpieza que supone. Es de gran ayuda a la hora de aminorar los efectos
negativos que provocan los gases de invernaderos, tan perjudiciales para nuestro
medio natural. Sin embargo, le encontramos una desventaja y es que resulta
intermitente con lo cual no podemos depender estrictamente de ella.
Características del viento
Regiones depresionarias y anticiclónicas
El aire caliente de la zona ecuatorial se hace más ligero y se eleva, esto se da
gracias a que su densidad disminuye, al subir el aire se dirige en altura hacia los
polos y a medida que se desplaza hacia los mismos sufre la acción de la fuerza de
Coriolis, desviándose hacia su derecha en el hemisferio norte y hacia su izquierda
en el hemisferio sur.
Cuando el aire se enfría, cae ya que su densidad aumente o en otras palabras
adquiere más peso, una vez en la superficie de la tierra retorna al Ecuador
absorbido por las bajas presiones que se generan en la zona al subir el aire
caliente.
En los polos ocurre lo contrario, el frio y con alta densidad tiende a desplazarse
desde las zonas polares a nivel de suelo en dirección al Ecuador para volver a
cumplir con su ciclo. La fuerza de Coriolis, lo desvía al Noreste en el Norte, y al
sureste en el hemisferio Sur, ahí es cuando al bajar de latitud el aire se caliente y
sube, volviendo a la zona polar por arriba, absorbió por la depresión en altitud que
genera el aire.
El ciclo ecuatorial abarca desde el ecuador hasta los 30° de latitud en ambos
hemisferios. El polar desde ambos polos hasta el 60°.En las latitudes templadas
que quedan ente los 30° y los 60°se origina otro ciclo. El aire de la zona es más
caliente que el polar y más frio que el subtropical y se puede determinar por medio
del cálculo de la densidad del mismo, es por esto que el aire de la zona tiende a
trasladarse hacia el polo para llenar el vacío dejado por el aire ascendente en los
60° de latitud, al ser desviados de nuevo por la fuerza de Coriolis adquieren una
marcada componentes oeste en ambos hemisferios. Son los denominados vientos
de los oestes cuyo predominio en la zona templada genera el denominado
“cinturón de los oestes”.
Fuerza Coriolis
La denominada fuerza de Coriolis influye en todos los fenómenos de traslación
que se realizan sobre nuestro planeta. Debido a su rotación, se genera una fuerza
que, en el hemisferio Sur, desvía hacia en el Este toda partícula en movimiento de
Norte a Sur y hacia el Oeste a las que lo hacen en dirección Sur a Norte. Es decir,
en el hemisferio Sur, la fuerza de Coriolis desvía hacia la izquierda los
movimientos de las masas de aire y agua. En el hemisferio Norte se produce el
efecto inverso, es decir la desviación se produce hacia la derecha.
