energia renovable

1. “Año de la universalización de la salud”
UNIVERSIDAD PRIVADA DEL NORTE
FACULTAD DE INGENIERÍA
“PROTOTIPO DE GENERADOR DE ENERGIA ELOICA”
AUTORES:
111
222
Docente:
Lima, Perú
2020

2. INDICE GENERAL
RESUMEN................................................................................................................................ 2
INTRODUCCIÓN.................................................................................................................... 3
CAPÍTULO I ............................................................................................................................ 4
1.1. OBJETIVOS .............................................................................................................. 5
1.1.1. OBJETIVO GENERAL: ................................................................................... 5
1.1.2. OBJETIVOS ESPECIFICOS:.......................................................................... 5
CAPÍTULO II........................................................................................................................... 5
1.1. MARCO TEORICO.................................................................................................. 6
2.1. VENTAJAS.............................................................................................................. 10
2.1.1. Medioambientales:........................................................................................... 10
2.1.2. Ventajas económicas:....................................................................................... 10
2.1.3. Otros puntos positivos: .................................................................................... 11
2.2. DESVENTAJAS ...................................................................................................... 11
2.2.1. Medioambientales:........................................................................................... 11
2.2.2. Otras desventajas:............................................................................................ 11
CAPITULO III ....................................................................................................................... 11
1.1. MATERIALES ........................................................................................................ 12
CAPITULO IV ....................................................................................................................... 12
1.1. RESULTADOS........................................................................................................ 13
CAPITULO V......................................................................................................................... 15
1.1. CONCLUSIONES ................................................................................................... 16
RESEÑAS BIBLOGRAFICAS ............................................................................................. 16
RESUMEN

3. Nuestro proyecto se basa en la energía eólica que es la que funciona por medio del viento y
queremos demostrar el funcionamiento de esta por medio de nuestra maqueta el funcionamiento
de un molino de viento haciendo encender la luz con la fuerza del viento de una secadora.
Este informe tiene como objetivo analizar el funcionamiento del prototipo generador de energía
eólica ya que en la actualidad el uso de generadores eólicos es cada vez más necesario debido
a que el incremento de la contaminación atmosférica, la energía eólica es una fuente de energía
renovable, no contamina, es inagotable y reduce el uso de combustibles fósiles, origen de las
emisiones de efecto invernadero que causan el calentamiento global. Además, la energía eólica
es una energía autóctona, disponible en la práctica totalidad del planeta, lo que contribuye a
reducir las importaciones energéticas y a crear riqueza y empleo de forma local.
INTRODUCCIÓN

4. A lo largo de toda la historia de la humanidad, la utilización de la energía eólica ha sido
innegable, se remonta al año 4500 a.d.c. cuando empezó a ser aprovechada por los antiguos
egipcios en la navegación a vela por el Nilo. Uno de sus primeros usos fue el de la navegación
marítima a través de las velas de las embarcaciones, y posteriormente, fue utilizada para mover
molinos de viento para bombear agua desde los pozos, moler granos y caña de azúcar, convertir
pulpa de madera en papel y otros usos significativos.
En los años 70 cuando hubo la primera crisis del petróleo despertó el interés en energías
renovables en los cuales buscaron nuevos caminos para explotar los recursos de la tierra tanto
ecológicamente y económicamente, en aquella época los aerogeneradores eran demasiado
costosos por esa razón los gobiernos internacionales promovieron la energía eólica en forma de
programa de investigación así fue, como se creó el instituto alemán de la energía eólica (DEWI)
y el instituto de investigación danés (RISO) de los cuales poco a poco fueron llevando una
estandarización de las instalaciones y de los métodos de seguridad para un mejor rendimiento
económico. Hoy en día se habla mucho de los generadores eólico que consiste en una o varias
palas de diferentes longitudes en la cual gira sobre un eje horizontal, y el funcionamiento de
este generador, se basa en la incidencia del viento en las cuales están orientadas en ciertos
ángulos que provoca que la fuerza del viento que presenta dos componentes muy importantes
como son: perpendicular y paralelo. La energía eólica es muy importante para conservar el
medio ambiente. (DiazGarcia, 2020)
CAPÍTULO I

5. 1.1.OBJETIVOS
1.1.1. OBJETIVO GENERAL:
Demostrar la factibilidad de crear un generador eólico capaz de producir energías
limpias y libres de contaminación a través de nuestro proyecto proporcionando
ideas innovadoras y dar a conocer que podemos crear un prototipo de un
generador eólico, usando materiales reciclados y materiales económicos
1.1.2. OBJETIVOS ESPECIFICOS:
 Dar un mejor uso de los recursos naturales como el viento para satisfacer
nuestras necesidades, una de ellas el uso de la energía.
 Conocer los impactos medioambientales de este tipo de energía y tomar las
decisiones adecuadas para atajar dichos impactos
 nuevas fuentes que faciliten a las personas su elaboración ya que este tipo de
energía es muy factible y se encuentra en gran abundancia en el ambiente gracias
a que es extraída del viento.
 En nuestro proyecto demostrar la fuerza del aire para producir energía.
 Lograr que dedo de nuestra maqueta encienda el led
CAPÍTULO II

6. 1.1.MARCO TEORICO
La energía eólica es aquella que se obtiene a través del viento, es decir, donde se
aprovechan las corrientes de aire para crear energía limpia. La energía del viento es
utilizada mediante el uso de máquinas eólicas (o aeromotores) capaces de transformar
la energía eólica en energía mecánica de rotación utilizable, ya sea para accionar
directamente las máquinas opera trices, como para la producción de energía eléctrica.
En este último caso, el sistema de conversión, (que comprende un generador eléctrico
con sus sistemas de control y de conexión a la red) es conocido como aerogenerador.
La energía eólica ha probado ser más confiable que la energía solar en cerros altos y
nublados que generalmente presentan buen régimen de vientos, en nuestra ciudad no
hay tanta radiación solar producto que tenemos un cielo nublado gran parte del año
entonces estas condiciones hacen que la energía no sea tan eficiente en nuestra ciudad.
(CINTHYA, 2015)
Adicionalmente un generador eólico ofrece mayor resistencia al hurto pues no es una
tecnología conocida y es más difícil de desmontar.
El aerogenerador es un sistema que convierte la energía del viento en energía eléctrica
directamente aprovechable.
Un objeto en una corriente de aire experimenta dos tipos de fuerzas, una fuerza de
empuje, en sentido de las líneas de corriente, mayor cuanto más grande es la superficie
perpendicular a las líneas y una fuerza ascensional, que tiene una dirección
perpendicular a las líneas de corriente debida a la succión producida por la diferencia
de presión entre dos caras del objeto. En las palas eólicas, la fuerza de empuje es muy
pequeña. La principal es la fuerza ascensional. Estas palas tienen forma de alas de
avión, de forma que se acelera el aire en su parte más convexa, superficie superior, lo
que a su vez disminuye la presión respecto de la superficie inferior, produciéndose así
la fuerza ascensional.
Tipos de molinos:
 Molino del siglo XVI
o La energía eólica es una de las energías más antiguas junto a las energías
térmicas, estas se producen con la fuerza del viento, en las cuales nos dicen que
ha hecho mover los barcos y los molinos de viento con sus aspas.
 Los primeros molinos
o El primer invento fue un molino de viento con eje vertical y con hojas
rectangulares que fue construido por SISTAN AFGANISTÁN en el siglo VII
que fue usado para hacer funcionar un órgano en el siglo I de la era común.
 Molino de Bombeo
o Este molino fue construido para la agricultura y ganadería ya que en esos lugares
era imposible el acceso al agua, en las cuales este molino contribuyó la
expansión del ferrocarril alrededor del mundo para cubrir las necesidades de
agua de las locomotoras a motor. (DiazGarcia, 2020)

7. Figura 1: Fotografía de los molinos de viento, que sirvieron y sirven para drenar agua
de las lagunas en los Países Bajos, para ganar tierra de cultivo. (Cueva, 2015)
FUENTE DE GENERACIN ELECTRICA
Dentro de las fuentes de energía renovables, la energía eólica conoce hoy un crecimiento sin
precedentes debido a los costes competitivos y a los enormes progresos tecnológicos realizados
en las turbinas. El control de las turbinas es más avanzado que antes y así se ha optimizado el
rendimiento energético y la calidad de la energía eléctrica producida. En particular, el control
debe efectuarse teniendo en cuenta el comportamiento real de la turbina en su conjunto y la
integración de la flexibilidad de la estructura. Aunque, tecnológicamente, los sistemas de
conversión de energía eólica han evolucionado fuertemente, todavía no se ha logrado obtener
el sistema ideal, debido a la variabilidad y al comportamiento no lineal de su fuente motriz, el
viento, que varía tanto geográficamente como temporalmente. Sin embargo,
se han desarrollado diferentes estrategias de control de la potencia que tienen como objetivo
aprovechar al máximo el potencial energético del viento para producir energía eléctrica, a partir
del desarrollo en el modelado dinámico de las turbinas eólicas. (DiazGarcia, 2020)
Figura 2: Turbinas eólicas para la generación de electricidad. (Castro, 2019)

8. La potencia contenida en el aire que atraviesa el área barrida por el rotor del
aerogenerador es:
𝑷 =
𝟏
𝟐
. 𝝆. 𝒔. 𝒗 𝟑
Ecuación N°1: Potencia Eólica
Donde:
P: Potencia del aire
𝝆 : Densidad del viento en Kg/m³
𝒔: Superficie del viento en m²
𝒗: Velocidad de viento en m/s
Es por tanto proporcional a su densidad, al radio del rotor al cuadrado y a la velocidad
del aire al cubo.
En España las zonas donde se dispone de vientos de velocidad aprovechable son
principalmente Galicia, Se calcula que el potencial aprovechable puede alcanzar los
40.000 MW.
La velocidad del viento no es la misma a distintas alturas. Aumenta con la altura de
acuerdo con una expresión próxima a:
𝑽( 𝒉) = 𝑽 𝟎 .(
𝒉
𝒉 𝟎
)
𝒂
Ecuación N°2: Velocidad del viento
Siendo “a” función del relieve (de 0,10 a 0,40).
Donde:
𝑽( 𝒉): Velocidad del viento
𝑽 𝟎: Velocidad inicial
𝒉 : Altura
𝒉 𝟎: Altura inicial
ENERGIA DEL VIENTO
Dada una masa de aire m y una velocidad v, la energía cinética del viento es:

9. 𝑬 𝒄 = (
𝟏
𝟐
) . 𝒎 . 𝒗 𝟐
Ecuación N°3: Energía del viento
Donde:
Ec: Energía cinética (Julios)
m: Masa del aire en Kg
v: Velocidad del viento (m/s)
LEY DE BETZ:
Esta ley se refiere a la máxima eficiencia de conversión de una turbina eólica. Al ser
estas un obstáculo para el aire, al pasar el aire por el rotor, se produce una disminución
de las velocidades, cuya expresión es:
𝑸 = 𝑨 . 𝒗
Ecuación N°4 Densidad del Caudal
Donde
𝑸: Caudal
𝑨: Área en m²
𝒗: Velocidad del viento m/s²
La relación entre la potencia mecánica extraída por el convertidor y la de la corriente
de aire sin perturbar es llamada el “coeficiente de potencia” cp y se expresa como:
𝑪 𝒑 =
𝑷
𝟏
𝟐
𝒑. 𝑨. 𝒗 𝟑
Ecuación N°5: Coeficiente de potencia dado por la ley de Betz
Donde
𝑷 : Potencia del rotor

10. 𝒑 : Potencia del viento
𝑨 : Área en m²
𝒗 : Velocidad del rotor en m/s²
El máximo valor de este coeficiente es de 0,593, lo que representa que un 60% de la energía
del viento estará disponible en la turbina para su posterior conversión a energía eléctrica.
Gráfico N°1: Coeficiente de potencia (Cp) en función de la velocidad del rotor.
(Martil, 2018)
2.1.VENTAJAS
2.1.1. Medioambientales: El viento es un recurso inagotable, es decir es una
energía renovable. Es una energía limpia, no contaminante y Cada MW
eólico instalado en Catalunya evita cada año la emisión en la atmósfera de
2.900 toneladas de dióxido de carbono. Los parques eólicos son fáciles de
desmontar y de reutilizar el terreno. Contribuye a frenar el cambio climático.
2.1.2. Ventajas económicas: Impulsa la educación y la formación de los jóvenes de
la zona, es compatible con otras actividades como la selvicultura, ganadería,

11. etc.… Crea 5 veces más puestos de trabajo que las energías convencionales e
incrementa la capacidad de crear trabajos indirectos. Incrementa el PIB por
transferencia de rentas.
2.1.3. Otros puntos positivos: Produce independencia de otras energías, porque es
una energía autóctona, es decir, no hace falta importarla. Todos los consumos
que produce los compensa con las ganancias de su energía producida. Permite
el ahorro de la compra de combustible. España es la líder en todo el mundo
de la energía eólica y está instalada en otros países como China
2.2.DESVENTAJAS
2.2.1.Medioambientales: La densidad energética del viento es muy baja, la
generación de cantidades significativas de electricidad por métodos eólicos
requiere el uso de grandes extensiones de tierra. Los sitios adecuados para la
generación eólica, especialmente el mar abierto, están remotos y lejos de la
concentración de demanda para la electricidad. Los periodos de máxima
demanda durante el día y máxima generación por la noche cuando los vientos
están más fuertes no coinciden, y también, por supuesto, no hay siempre
viento. Os efectos estéticos en el campo natural (ubicación adecuada ayuda a
resolver este problema), sonido emitido por las máquinas (la ingeniería
moderna ha reducido este efecto muchísimo) y la interferencia
electromagnética (que se puede reducir por ubicación adecuada y la
instalación de antenas). También ha de tenerse especial cuidado a la hora de
seleccionar un parque si en las inmediaciones habitan aves, por el riesgo
mortandad al impactar con las palas, aunque existen soluciones al respecto
como pintar en colores llamativos las palas, situar los molinos adecuadamente
dejando "pasillos" a las aves, e, incluso en casos extremos hacer un
seguimiento de las aves por radar llegando a parar las turbinas para evitar las
colisiones.
2.2.2.Otras desventajas: Al ser el aire fluido implica producir molinos de gran
envergadura, eso conlleva la necesidad de mayor terreno para la construcción
15 y un mayor coste de construcción. Produce un impacto visual inevitable,
ya que los molinos tienen que ser de una gran envergadura.
CAPITULO III

12. 1.1.MATERIALES
Para poder realizar nuestro generador Eólico tomamos en cuenta los siguientes
materiales:
 1 Base de madera
 1 Ventilador de computadora
 1 Cautín
 1 Dinamo
 1 Broca
 1 Talador
 1 Pedestal
 Tornillos
 Cables
 Pasta de soldadura
 Leds
 Conectores (Macho, Hembra)
 Multímetros
Figura N°3: de los materiales a utilizar para el prototipo del generador eólico.
(Alternativa, 2016)
CAPITULO IV

13. 1.1.RESULTADOS
Un primer análisis del recurso eólico del Perú muestra que las zonas con mayor potencial eólico
se encuentran en las zonas de costa, así como en ciertas regiones de la sierra, mientras que las
zonas de selva tienen un potencial mucho menor que el resto.
Figura N°4: Atlas Eólico del Perú a 100 m (resolución 1 km). (MINEM, 2016)
En abril 2014 se instaló en Marcona el primer parque eólico del Perú de grandes dimensiones
(32 MW). En agosto y septiembre de ese mismo año se conectaron a la red los parques eólicos

14. de Cupisnique (Pacasmayo, La Libertad) con 80 MW y Talara (Piura) con 30 MW
respectivamente. A principios de 2016 se conectó el parque eólico Tres Hermanas (Ica) con
97 MW de potencia instalada. La capacidad nominal de todas las instalaciones eólicas
conectadas a la red pública hoy en día es de 239 MW. (MINEM, 2016)
Tabla 1. Parques eólicos en operación en el Perú.
Fuente: (MINEM, 2016)
En febrero de 2016, se resolvió la adjudicación de potencia de la Cuarta Subasta de
Suministro de Electricidad con Recursos Energéticos Renovables al Sistema Eléctrico
Interconectado Nacional (SEIN), donde en primera ronda se adjudicó un proyecto eólico de
126 MW (de los 34 proyectos eólicos presentados en primera ronda) y en segunda ronda se
adjudicaron dos proyectos eólicos de 18 MW cada uno (del total de los siete proyectos eólicos
presentados en segunda ronda). La potencia total asignada fue de 162 MW. (MINEM, 2016)
Tabla 2. Parques eólicos adjudicados en la Cuarta Subasta de Suministro de Electricidad con
Recursos Energéticos Renovables al Sistema Eléctrico Interconectado Nacional (SEIN).
Fuente: (MINEM, 2016)
Enel Green Power inauguraron en el Perú la Central Eólica Wayra, la más grande del país,
ubicada en el distrito de Marcona de la provincia de Nazca, región Ica. El viento sopla con
fuerza en el distrito de Marcona, Provincia de Nasca, en la región Ica. Esta fuerza (con una

15. velocidad media anual es de 8,6 m/s a 90 metros de altura) en la energía limpia que mueve a
miles de hogares en Perú. (Enel, 2020)
Beneficios trae la Central Eólica Wayra I al Perú:
 Suministra energía limpia: la Central Eólica Wayra I es capaz de generar 600 GWh
anuales, equivalentes al consumo de más de 483 000 hogares.
 Cuidado del medio ambiente: su funcionamiento evitará la emisión de 287 981
toneladas anuales de CO2 a la atmósfera. Además, se implementó una planta de
tratamiento de aguas residuales que reutilizo cerca de 350 m3 de agua para mantener
los caminos y mitigar el polvo. La planta no generó impacto ambiental pues fue
alimentada por dos mini aerogeneradores, evitándose la emisión de 1,64 toneladas de
CO2.
 Creación de puestos de trabajo: a lo largo de su construcción se involucraron 867
trabajadores de los cuales 750 son peruanos (87%), 209 son iqueños, 163 de la
provincia de Nasca, 50 del distrito y comunidades cercanas y 48 fueron mujeres (6%).
Asimismo, se contrató el 90% de la oferta presentada por las áreas de influencia más
cercanas y se benefició a la provincia con la demanda de servicios de alimentación,
hospedaje, lavandería, entre otros, durante un año y medio.
Figura N°5: Ficha Técnica (Enel, 2020)
CAPITULO V

16. 1.1.CONCLUSIONES
Con el cumplimiento de nuestros objetivos hemos logrado demostrar el funcionamiento de
nuestro proyecto generador o aerogenerador eólico demostrando la factibilidad y
funcionamiento de este ya que la utilización de recursos renovables como lo es el viento es
una buena opción para producir estos tipos de energías que ya están siendo implementadas en
muchos países con resultados positivos. También se pudo a llegar a la conclusión de lo
siguiente:
 Es muy difícil capturar al 100% de la energía que existe en el viento utilizando un
generador eólico.
 Un sistema eólico evita los altos costos de extender las redes de suministro a sitios
remotos, prevenir interrupciones de energía y además no es contaminante.
 La introducción de energías renovables y eficiencia energética a todo nivel permitirá
reducir la dependencia en el uso de los combustibles fósiles.
 La energía que puede aportar un sistema eólico depende de las condiciones variables
del viento en la zona de desplazamiento. (Poryecto Generador Eolico, 2020)
RESEÑAS BIBLOGRAFICAS

17. Alternativa, E. S. (3 de FEBRERO de 2016). Obtenido de
https://www.youtube.com/watch?v=IyV3z3bfPkg&t=
Castro, H. d. (Agosto de 2019). ReseasrchGate. Obtenido de
https://www.researchgate.net/figure/Figura-7-Torres-de-turbinas-eolicas-
offshore_fig5_337978031
CINTHYA, B. M. (2015). Energias Limpias. Guayaquil: UNIVERSIDAD DE
GUAYAQUIL.
Cueva, L. V. (2015). Diseño y Construccion de un generador Eolico de eje vertical. Quito:
Escuela Politecnica Nacional.
DiazGarcia, R. (2020). ELABORACIÓN DE UN GENERADOR EÓLICO. Guayaquil:
Monografias.
Electricobos. (2004). Obtenido de https://alejoelectrica1709.wordpress.com/proyecto/marco-
teorico/
Enel. (2020). Enel. Obtenido de https://www.enel.pe/es/sostenibilidad/wayra-i-la-primera-
central-eolica-de-enel-en-peru.html
Martil, I. (06 de Julio de 2018). Reve. Obtenido de https://www.evwind.com/2018/07/06/las-
bases-cientificas-de-la-energia-eolica/
MINEM. (2016). SBCC-05/PROSEMER-MINEM Estudio para aprovechamiento eólico con
fines energéticos y actualización del atlas eólico del Perú. Lima: Minedu.
Poryecto Generador Eolico. (2020). Obtenido de
https://sites.google.com/site/proyectogeneradoreolico/calendar
Statistics, G. W. (2011). Acciona. Obtenido de https://www.acciona.com/es/energias-
renovables/energia-
eolica/?gclid=CjwKCAjw_LL2BRAkEiwAv2Y3SVzDi3NUwMo_-
JvSyH8qR30vqXeXIKGy218nuYrr4jjiB601g8YblhoCKLQQAvD_BwE