Este documento presenta el diseño de un sistema de extracción de agua subterránea accionado por un generador eólico. Describe conceptos fundamentales de la energía eólica como la energía en el viento, la rosa de los vientos y partes de un aerogenerador. Explica la selección de equipos para satisfacer las necesidades de agua mediante la determinación del consumo de agua, características del viento y energía necesaria. Finalmente, detalla el diseño del sistema de bombeo alimentado por un generador eólico multip

1. DISEÑO DE UN
SISTEMA DE
EXTRACCION DE
AGUA
SUBTERRANEA
ACCIONADO POR
UN GENERADOR
EOLICO
PRESENTADO POR:
MARCO ANTONIO MUNDACA CORBERA
LUIS SEBASTIAN MENDOZA LOZANO
ÍNDICE DE CONTENIDO
INTRODUCCIÓN
CAPÍTULO 1: CONCEPTOS FUNDAMENTALES DE LA ENERGÍA EÓLICA
1.1. La energía en el viento
1.2. La Rosa de los Vientos

2. 1.3. Rugosidad y longitud de rugosidad
1.4. Cizallamiento del viento
1.5. Turbulencias
1.6 Partes de un aerogenerador multipala
CAPÍTULO 2: SELECCIÓN DE EQUIPOS PARA SATISFACER LA NECESIDAD DE UN
SISTEMA DE BOMBEO USANDO EL RECURSO EÓLICO
2.1. Ubicación y descripción de la zona del proyecto
2.2. Edificaciones
2.3. Condiciones meteorológicas y geológicas de la zona del proyecto
2.4. Determinación del consumo de agua en la zona del proyecto
2.5. Características de los vientos en la zona del proyecto
2.5.1. Curvas de velocidad del viento vs. Tiempo registrado en la zona del proyecto
2.6. Determinación de la energía necesaria para la extracción de agua subterránea
2.7. Diseño del sistema de bombeo alimentado por energía eólica
CAPÍTULO 3: DISEÑO DEL SISTEMA DE BOMBEO ALIMENTADO POR UN
GENERADOR EOLICO MULTIPALA
4.1. Especificaciones técnicas del sistema
4.2. Ubicación del Generador Multipala
4.3. Dimensionamiento del sistema de Bombeo de agua subterránea
4.4. Especificaciones técnicas de las obras generales
4.4.1. Izaje del generador Multipala
4.4.2. Cimientos
CAPÍTULO 4 : EVALUACIÓN TÉCNICA Y ECONÓMICA DEL SISTEMA DE BOMBEO
ALIMENTADO POR UN GENERADOR EOLICO MULTIPALA
5.1. Evaluación técnica del proyecto
5.2. Evaluación económica del proyecto
5.2.1. Precios de equipos
5.2.2. Costos de operación
5.3. Consideraciones Ambientales
CONCLUSIONES
BIBLIOGRAFÍA
ANEXOS
CAPÍTULO 1
CONCEPTOS FUNDAMENTALES DE LA ENERGÍA EÓLICA
1.1. La Energía en el Viento

3. Un aerogenerador obtiene su potencia de entrada convirtiendo la fuerza del viento en un
par (fuerza de giro) actuando sobre las palas del rotor. La cantidad de energía transferida
al rotor por el viento depende de la densidad del aire, del área de barrido del rotor y de la
velocidad del viento.
La energía cinética de un cuerpo es proporcional a su masa, es decir la energía de
entrada en un aerogenerador depende de la masa por unidad de volumen que atraviesa a
éste, cuanto más denso sea el aire más potencia de entrada tendrá el aerogenerador (a
15°C y una atmósfera la densidad del aire es de 1.225 kg/m3, por esto es necesario tener
en cuenta las características del aire donde se va a ubicar un aerogenerador puesto que a
bajas temperaturas el aire es más denso, a Humedades altas la densidad baja y a
grandes altitudes sobre el nivel del mar la densidad también es menor, estos aspectos
son importantes a tomar en cuenta para poder aprovechar al máximo el potencial eólico.
El área del rotor de un aerogenerador es importante pues determina cuanta energía del
viento va a ser capturada, son directamente proporcionales. Ya que el área de un
aerogenerador depende del cuadrado de su diámetro, entonces al duplicar el diámetro
estaríamos obteniendo 4 veces más energía. La cantidad de energía que posee el viento
varía con la tercera potencia de su velocidad media, por ejemplo si la velocidad del viento
se duplica, la energía del viento aumentaría en 8 veces (23
).
Los valores de la tabla anterior han sido obtenidos con la siguiente fórmula asumiendo
una densidad del aire de 1.225 Kg/m3
(15°C y 1 atm)
P : Potencia

4. A : Área
ρ : Densidad del aire
V : Velocidad media del viento
1.2. La Rosa de los Vientos
La Rosa de los Vientos es un diagrama que muestra la distribución temporal de la
dirección de los vientos y distribución de sus velocidades en una determinada locación;
este diagrama es una gran herramienta para mostrar datos adquiridos por un anemómetro
en una zona donde se ubicarán futuros aerogeneradores. Las direcciones dominantes del
viento son importantes para el emplazamiento de un aerogenerador, ya que éste debe ser
en un lugar en el que haya el mínimo número de obstáculos posibles en dichas
direcciones.
1.3. Rugosidad y
longitud de rugosidad
Los vientos que se
encuentran por arriba de
los 1000 m sobre el nivel
del suelo no se ven
influenciados por la clase
de terreno pero a
altitudes por debajo de 1
Km. si lo están Cuanto más rugoso sea el terreno mayor será la disminución de la
velocidad del viento. La longitud de rugosidad es la distancia sobre el nivel del suelo a la
que teóricamente la velocidad del viento debería ser nula.
1.4. Cizallamiento del viento
El fenómeno en el cual el perfil de velocidades del viento se mueve hacia magnitudes
inferiores conforme nos acercamos al nivel del suelo suele llamarse cizallamiento del
viento. La velocidad del viento a una cierta altura sobre el nivel del suelo es dada por la
siguiente fórmula:

5. V(z): Velocidad del viento a la altura requerida
V(zr): Velocidad del viento a la altura de referencia
z: Altura de la velocidad requerida
zr: Altura de la velocidad de referencia
zo: Longitud de rugosidad en la dirección del viento actual
1.5. Turbulencias
Son ráfagas de viento que cambian repentinamente de velocidad como de dirección; en
zonas accidentadas con relieves que presentan obstáculos se suelen producir vientos
turbulentos. Las turbulencias disminuyen la posibilidad de utilizar la energía del viento en
forma efectiva y provocan desgaste por fatiga en los aerogeneradores por este motivo las
torres de los aerogeneradores suelen ser suficientemente altas para evitar las
turbulencias debidas al relieve accidentado del suelo. Los obstáculos disminuirán la
velocidad del viento corriente abajo de éste, dependiendo de su porosidad, es decir de
que tan abierto sea el obstáculo (la porosidad se define como el área libre dividida por el
área total del objeto de cara al viento). El efecto de frenado del viento que un obstáculo
produce, aumenta con la altura y la longitud del mismo. Obviamente, el efecto será más
pronunciado cerca del obstáculo y cerca del suelo
1.6 Partes
de un
Generador Eólico Multipala.

6. La torre de bombeo de agua esta montada en el suelo y su altura puede variar entre 4 y
12 metros
El rotor consta de un conjunto de palas de acero galvanizadas, con el perfil adecuado y su
diámetro puede variar entre 1,8 y 5 metros.
Tiene una pequeña velocidad de rotación y un gran par de arranque, por lo que se adapta
perfectamente a las características de las bombas de embolo.

7. CAPÍTULO 2
SELECCIÓN DE EQUIPOS PARA SATISFACER LA NECESIDAD DE UN SISTEMA DE
BOMBEO USANDO EL RECURSO EÓLICO
2.1. Ubicación y descripción de la zona del proyecto
2.2. Edificaciones
2.3. Condiciones meteorológicas y geológicas de la zona del proyecto
Altura sobre el nivel del mar:
Temperatura media:
Densidad media del Aire:

8. 2.4. Determinación del consumo de agua en la zona del proyecto
2.5. Características de los vientos en la zona del proyecto
DESCRIPCION DE LA MEDICION (COTAS, TIEMPOS, DIAS)
2.5.1. Curvas de velocidad del viento vs. Tiempo registrado en la zona del proyecto
Velocidad media del Aire: 5 m/s
2.6. Determinación de la energía necesaria para la extracción de agua subterránea
2.7. Diseño del sistema
2.7.1 Diseño del sistema eólico:
A) Selección del Rotor:
 Tipo: Multipala Americano
 Características:
 Alto par de arranque
 Bajas velocidades
 Rotor con 12 a 15 palas
 Hasta un 85 % de solidez
  Velocidad
especifica,
celeridad o
TSR (1-2)

9. B) Detalle de las palas:
Perfil Aerodinámico
Donde:
1. La línea de cuerda es una línea recta que une el borde de ataque y el borde de
fuga del perfil.
2. La cuerda es la longitud de la línea anterior. Todas las dimensiones de los
perfiles se miden en términos de la cuerda.
3. La línea de curvatura media es la línea media entre el extradós y el intradós.
4. Curvatura máxima es la distancia máxima entre la línea de curvatura media y la
línea de cuerda. La posición de la curvatura máxima es importante en la
determinación de las características aerodinámicas de un perfil.
5. Espesor máximo es la distancia máxima entre la superficie superior e inferior
(extradós e intradós). La localización del espesor máximo también es importante.
6. Radio del borde de ataque es una medida del afilamiento del borde de ataque.
Puede variar desde 0, para perfiles supersónicos afilados, hasta un 2 por 100 (de
la cuerda) para perfiles más bien achatados.
La construcción de un perfil aerodinámico se basa en los porcentajes de cuerda
Standard para cada tipo de perfil, siendo en este caso la constante, estos valores
(porcentajes de cuerda) son distintos tanto para el borde superior (upper surface)
como para el inferior (lower surface). La variable será la longitud de la cuerda, ya que
la forma del perfil no varía sea cual sea el tamaño o longitud de la cuerda. A cada
porcentaje de cuerda le corresponde un valor o porcentaje del borde superior o inferior
(ordinates), el cual irá aumentando o variando según el tipo de perfil

10. C) Calculo y Diseño de una instalación eólica de bombeo
Para el cálculo y diseño de un sistema de este tipo necesitamos conocer como datos
de partida los siguientes datos:
 Las necesidades hídricas en términos diarios (Qd) en m3/día.
 La altura de bombeo (H) en m.
 La velocidad del viento en media diaria mensual, y le número de horas con
viento superior a 4 m/s.
 Podemos establecer las necesidades de agua diarias Qd, en función de las
necesidades humanas, animales, agrícolas o industriales si fuera el caso; las
siguientes tablas pueden ser de gran utilidad
Si dividimos el consumo diario de cada uno de los meses del año entre el número de
horas con viento útil del mismo mes. Obtenemos el volumen por hora de bombeo que
necesitamos por hora en cada mes:
http://www.youtube.com/watch?v=BnSIFXTIcpM&NR=1
http://www.youtube.com/watch?v=9wWLuX8pmNA
http://www.youtube.com/watch?v=oyzHDr891vQ&feature=player_embedded
http://www.youtube.com/watch?v=E1qIdvH1bvM&feature=player_embedded
http://www.aermotor.cl/
http://lacasadelalambre.com.ar/catalogo/molinos-de-viento-productos-45