UNIVERSIDAD DISTRITAL FRANCISCO JOSÉ DE CALDAS...

UNIVERSIDAD DISTRITAL FRANCISCO JOSÉ DE CALDAS FACULTAD TECNOLÓGICA

TECNOLOGÍA EN ELECTRICIDAD Página 1 de 134

DISEÑO DE UN SISTEMA DE GENERACIÓN EÓLICA PARA LA ILUMINACIÓN EXTERIOR

CON TECNOLOGÍA LED, DE UN PREDIO COMERCIAL EN ALTOS DE CAZUCÁ-

CUNDINAMARCA

LENIN FABIÁN COCA SEMA. CÓD. 20102072025

NÉSTOR FABIÁN FERREIRA. CÓD. 20102072094

UNIVERSIDAD DISTRITAL „FRANCISCO JOSÉ DE CALDAS‟

FACULTAD TECNOLÓGICA

BOGOTÁ D.C.

2015



DISEÑO DE UN SISTEMA DE GENERACIÓN EÓLICA PARA LA ILUMINACIÓN EXTERIOR

CON TECNOLOGÍA LED, DE UN PREDIO COMERCIAL EN ALTOS DE CAZUCÁ-

CUNDINAMARCA

LENIN FABIÁN COCA SEMA. CÓD. 20102072025

NÉSTOR FABIÁN FERREIRA. CÓD. 20102072094

TRABAJO DE GRADO PARA OPTAR AL TÍTULO TECNÓLOGO EN ELECTRICIDAD

DIRECTORA DEL PROYECTO

ING. CLARA INÉS BURITICÁ ARBOLEDA

UNIVERSIDAD DISTRITAL “FRANCISCO JOSÉ DE CALDAS”

TECNOLOGÍA EN ELECTRICIDAD

BOGOTÁ D.C.

2015



Nota de aceptación

Ing. Clara Inés Buriticá Arboleda

Directora del proyecto

Jurado



Agradecimientos

Lenin Fabián Coca

Es el primer paso de un largo camino,

Lo único que sé, es que todo se lo debo

a mi madre, gracias mi viejita querida.



TÍTULO: DISEÑO DE UN SISTEMA DE GENERACIÓN EÓLICA PARA LA ILUMINACIÓN

EXTERIOR CON TECNOLOGÍA LED, DE UN PREDIO COMERCIAL EN ALTOS DE CAZUCÁ-

CUNDINAMARCA

RESUMEN

El presente proyecto elabora el diseño de una solución energética al problema de la falta de iluminación sobre

la vía pública, por medio del aprovechamiento del recurso eólico disponible en Altos de Cazucá-

Cundinamarca. Este diseño vincula la energía eólica como fuente energética del sistema de iluminación que

se diseñara para mejorar la iluminación al exterior de un predio comercial ubicado en Altos de Cazucá-

Cundinamarca, ello se logra diseñando un sistema de Aerogeneración que transformara la energía cinética del

viento en energía eléctrica utilizable.

Los parámetros del Aerogenerador se escogieron de acuerdo a la potencia eléctrica necesaria para iluminar

eficientemente el exterior del predio comercial por medio de 7 luminarias de tecnología LED (SCHREDER

AMPERA MINI/ 5120/ 8 LEDS 350 mACW/ 335672(1.000)), buscando que sea económicamente viable para

una futura implementación.

PALABRAS CLAVE

Datos meteorológicos, velocidad promedio, franjas horarias, parámetros de Weibull, RETILAP, lámparas

LED, coeficiente de potencia, generador de imanes permanentes, diagrama de Pareto, viabilidad económica,

acumuladores.



TITLE: DESIGN OF A WIND POWER GENERATION SYSTEM FOR EXTERIOR LIGHTING LED

TECHNOLOGY, A COMMERCIAL PREMISE IN HIGH CAZUCÁ – CUNDINAMARCA.

ABSTRACT

This project develops the design of an energy solution to the problem of the lack of lighting on the street,

through the use of wind resource available in Altos de Cazucá-Cundinamarca. This design links the wind as

an energy source to the lighting system will be designed to improve lighting outside a commercial property

located in Altos de Cazucá-Cundinamarca; this was achieved by designing a wind generation system that

transforms the kinetic energy of wind into usable electrical energy.

Wind turbine parameters were chosen according to the electrical power needed to efficiently illuminate the

exterior of commercial property through 7 LED lighting technology (SCHREDER AMPERA MINI / 5120/8

LEDS 350 mA CW / 335 672 (1000)), seeking to economically feasible for future implementation.

KEYWORDS: Meteorological data, average speed, slots, Weibull parameters, RETILAP, LED lamps, power

coefficient, permanent magnet generator, Pareto chart, economic viability.



TABLA DE CONTENIDO

CAPÍTULO 1 .................................................................................................................................................... 1

1.1. Definición del problema. .................................................................................................................. 2

1.2. Objetivo general. ............................................................................................................................. 3

1.3. Objetivos específicos. ...................................................................................................................... 3

1.4. Desarrollo del tema en capítulos. .................................................................................................... 4

1.5. Glosario de términos. ...................................................................................................................... 5

1.6. Lista de acrónimos y siglas. ............................................................................................................. 6

1.7. Marco teórico. ................................................................................................................................. 8 1.7.1. Energía Eólica. ............................................................................................................................. 8 1.7.2. Formacion del Viento. ................................................................................................................ 8 1.7.3. Aeroturbina, Aerogeneradores y su clasificación. ...................................................................... 9 1.7.4. Relación de Velocidad Periférica (TSR) ..................................................................................... 16 1.7.5. Potencial Eólico. ....................................................................................................................... 17 1.7.6. Energía Aprovechable de acuerdo al modelo de Betz. ............................................................. 18 1.7.7. Tipos de generadores. .............................................................................................................. 21 1.7.8. Regulador de Carga. ................................................................................................................. 22 1.7.9. Selección del acumulador del sistema. ..................................................................................... 23 1.7.10. Conversor AC/DC y DC/AC. .................................................................................................. 28 1.7.11. Criterios de iluminancia e uniformidad para alumbrado público de acuerdo al RETILAP ... 29 1.7.12. Tecnología LED. .................................................................................................................... 31 1.7.13. Viabilidad Legal, Técnica y Económica del Proyecto ............................................................ 32 1.7.14. Amortización de un Proyecto .............................................................................................. 32

CAPÍTULO 2 .................................................................................................................................................. 35

RECOPILACIÓN Y ANÁLISIS DE LA INFORMACIÓN ....................................................................... 35

2.1. Información recolectada. .............................................................................................................. 35

2.2. Análisis de la velocidad del viento por medio de la ley de distribución de la velocidad del viento de Weibull 36

2.3. Velocidad promedio en Altos de Cazucá. ....................................................................................... 41

2.4. El cubo de la velocidad promedio en Altos de Cazucá ( ) ........................................................... 44

CAPÍTULO 3 .................................................................................................................................................. 46

EVALUACIÓN DE LAS NECESIDADES LUMÍNICAS .......................................................................... 46

3.1. Estado actual de la iluminación al exterior del predio comercial. ................................................. 46

3.2. Diseño del sistema de iluminación exterior del predio. ................................................................. 49

3.3. Simulación en el software Dialux 4.12 ........................................................................................... 52

CAPÍTULO 4 .................................................................................................................................................. 56

DISEÑO DEL SISTEMA DE GENERACIÓN ELÉCTRICO MEDIANTE EL RECURSO EÓLICO. 56

4.1. Criterios de selección del tipo de Aeroturbina implementar ......................................................... 56



4.2. Especificaciones de la Aeroturbina ................................................................................................ 57

4.3. Potencia disponible ( ) en Altos de Cazucá. ............................................................................. 58 4.3.1. Potencia recuperable ( ) en Altos de Cazucá ...................................................................... 58 4.3.2. Velocidad de rotación de la maquina ....................................................................................... 59

4.4. Generadores y su criterio de selección .......................................................................................... 59 4.4.1 Generador síncrono multipolo de imanes permanentes. ........................................................ 60

4.5. Potencia útil generada .................................................................................................................. 61

4.6. Regulador de carga del sistema de generación ............................................................................. 64 4.6.1. Parámetros de un regulador ..................................................................................................... 64 4.6.2. Tipos de reguladores ................................................................................................................ 65

4.7. Acumuladores del sistema de generación ..................................................................................... 66

4.8. Sistema de conversión de la energía. ............................................................................................ 67 4.8.1. Generalidad .............................................................................................................................. 67 4.8.2. Parámetros del conversor ........................................................................................................ 68 4.8.3. Descripción del conversor ........................................................................................................ 68

CAPÍTULO 5 .................................................................................................................................................. 71

CONFIGURACIÓN GENERAL DEL SISTEMA ...................................................................................... 71

5.1. Componentes del sistema de generación ...................................................................................... 71

CAPÍTULO 6 .................................................................................................................................................. 75

VIABILIDAD LEGAL, TÉCNICA Y ECONÓMICA DEL PROYECTO ............................................... 75

6.1. Viabilidad legal .............................................................................................................................. 75

6.2. Viabilidad técnica .......................................................................................................................... 75

6.2. Viabilidad económica .................................................................................................................... 78

6.3. Calculo de costo kWh del sistema de generación .......................................................................... 82

6.4. Periodo de recuperación de la inversión ........................................................................................ 84

6.5. Tabla de amortización ................................................................................................................... 86

CONCLUSIONES GENERALES................................................................................................................. 87

BIBLIOGRAFÍA E INFOGRAFÍA .............................................................................................................. 88

CAPÍTULO 7 ANEXOS ................................................................................................................................ 90



ÍNDICE DE FIGURAS

Figura 1.1 “Altos de Cazucá-Cundinamarca” ............................................................................................... 3

Figura 1.2 “Movimiento del Aire sobre las costas” ....................................................................................... 8

Figura 1.3 “Movimiento del Aire sobre los valles y faldas de las montañas” .............................................. 9

Figura 1.4 “Turbinas de Eje horizontal” ...................................................................................................... 10

Figura 1.5 “Turbinas de Eje vertical” .......................................................................................................... 10

Figura 1.6 “Principio de un generador eólico basado en el arrastre” ........................................................ 11

Figura 1.7 “Principio de un generador eólico basado en la sustentación” ................................................ 11

Figura 1.8 “Hélice en Barlovento” ................................................................................................................ 12

Figura 1.9 “Hélice en Sotavento” .................................................................................................................. 12

Figura 1.10 “Aerogenerador Multipala” ...................................................................................................... 13

Figura 1.11 “Aerogeneradores de eje horizontal” ....................................................................................... 14

Figura 1.12 “Aerogenerador de eje horizontal tipo hélice” ........................................................................ 14

Figura 1.13 “Aerogenerador Darrieux” ....................................................................................................... 15

Figura 1.14 “Aerogenerador Savonius” ....................................................................................................... 16

Figura 1.15 “Rendimiento aerodinámico de diferentes maquinas eólicas en función del TSR”. ............ 17

Figura 1.16 “Modelo de Betz” ....................................................................................................................... 19

Figura 1.17 “Opciones de conversión de energía eólica en eléctrica” ........................................................ 22

Figura 1.18 “Estructura básica de un inversor” .......................................................................................... 28

Figura 3.1 “Anchura de las calzadas con las que colinda el predio comercial” ........................................ 47

Figura 3.2 “Plano Arquitectónico del predio” ............................................................................................. 48

Figura 3.3 “Plano Arquitectónico del predio a iluminar”........................................................................... 50

Figura 3.4 “Luminaria escogida” .................................................................................................................. 51

Figura 3.5 “Disposición de las luminarias sobre el predio comercial” ...................................................... 52

Figura 3.6 “Simulación en Dialux 4.12 en colores artificiales” ................................................................... 53

Figura 3.7 “Simulación en Dialux 4.12 en colores falsos” ........................................................................... 54

Figura 3.8 “Sumario de Resultados” ............................................................................................................ 55



Figura 4.1 “Modelo eléctrico del estator” ..................................................................................................... 62

Figura 4.2 “Flujo de potencia” ...................................................................................................................... 63

Figura 4.3 “Tensión de regulación; (a) sin carga, (b) con carga” ............................................................... 65

Figura 4.4 “Regulador básico en paralelo” .................................................................................................. 66

Figura 4.5 “Regulador paralelo básico” ....................................................................................................... 66

Figura 4.6 “Descripción del conversor”........................................................................................................ 69

Figura 5.1 “Arquitectura General del sistema de Aerogeneración” .......................................................... 72

Figura 5.2 “Diagrama de Conexión Eléctrico” ............................................................................................ 73

.......................................................................................................................................................................... 74

Figura 5.3 “Flujo de Potencia del Sistema” .................................................................................................. 74

Figura 6.1 “Componentes físicos del Sistema de Aerogeneración” ............................................................ 76

Figura 6.2 “Componentes físicos del sistema de anclaje del Aerogenerador” .......................................... 77

Figura 7.1 “Informe de la velocidad del viento del el año 2006” ................................................................ 90

Figura 7.2 “Velocidad promedio diaria de los vientos durante el año 2010 por franjas horarias” ......... 91

Figura 7.3 “Datos del primer trimestre del año 2010” ................................................................................ 92

Figura 7.4 “Datos del segundo trimestre del año 2010” .............................................................................. 93

Figura 7.5 “Datos del tercer trimestre del año 2010” .................................................................................. 94

Figura 7.6 “Datos de los 4 trimestres del año 2011 para la primer franja horaria” ................................. 95

Figura 7.7 “Datos de los 4 trimestres del año 2011 para la segunda franja horaria” ............................... 96

Figura 7.8 “Datos de los 4 trimestres del año 2011 para la tercera franja horaria” ................................ 97

Figura 7.9 “Datos de los 4 trimestres del año 2011 para la cuarta franja horaria” ................................. 98

Figura 7.10 “Intensidades eólicas” ................................................................................................................ 99

Figura 7.11 “Datos de los 4 trimestres del año 2011 para la primera franja horaria” ........................... 100

Figura 7.12 “Datos de los 4 trimestres del año 2011 para la segunda franja horaria” ........................... 101

Figura 7.13 “Datos de los 4 trimestres del año 2011 para la tercera franja horaria” ............................ 102

Figura 7.14 “Datos de los 4 trimestres del año 2011 para la cuarta franja horaria” ............................. 103

Figura 7.15 “Estado actual de la iluminación en la calzada principal” ................................................... 105

Figura 7.16 “Estado actual de la calzada secundaria” .............................................................................. 105



Figura 7.17 “Estado actual de la luminaria en cerca al predio sobre la calzada secundaria” ............... 106

Figura 7.18 “Estado actual de la luminaria más cercana al predio sobre la calzada principal” ........... 106

Figura 7.19 “Medidas hechas sobre la calzadas” ....................................................................................... 107

Figura 7.20 “Estado actual de las calzadas con las que colinda el predio comercial” ............................ 108

Figura 7.21 “Datos de Planificación” .......................................................................................................... 114



ÍNDICE DE TABLAS

Tabla 1.1 “Características de Baterías Recargables” .................................................................................. 26

Tabla 1.2 “Valores Mínimos mantenidos de iluminancias promedio (Lx) en vías motorizadas” ............ 29

Tabla 1.3 “Valores Mínimos mantenidos de iluminancias promedio (Lx) en andenes”........................... 29

Tabla 2.1 “Calculo de los Parámetros de Weibull en base al anexo (7.5)” ................................................ 40

Tabla 2.2 “Calculo de los Parámetros de Weibull de los datos de la estación meteorológica PEGASUS”

.......................................................................................................................................................................... 43

Tabla 3.1 “Iluminancia promedio de cada vía y anden del predio comercial” ......................................... 46

Tabla 6.1 “Material para la Fabricación de la Aeroturbina” ..................................................................... 79

Tabla 6.2 “Material para la Fabricación del Generador” .......................................................................... 79

Tabla 6.3 “Material para la Fabricación del Conversor” ........................................................................... 80

Tabla 6.4 “Material y Servicio para la puesta en marcha del Aerogenerador” ........................................ 80

Tabla 6.5 “Material para el acumulador y rectificador del sistema” ........................................................ 81

Tabla 6.6 “Material y Servicio para la puesta en marcha del Sistema de Iluminación” .......................... 81

Tabla 6.7 “Costo de la Puesta en marcha del proyecto” ............................................................................. 82

Tabla 6.8 “Costo de la Puesta en marcha del Aerogenerador importado” ............................................... 85

Tabla 7.1 “Velocidad Promedio para el año 2006” .................................................................................... 104




Tabla 7.5 “Velocidad Promedio de los años (2006, 2010, 2011, 2012)” .................................................... 104

Tabla 7.6 “Medidas de Iluminación” .......................................................................................................... 113

Tabla 7.7 “Amortización Calculada”. ......................................................................................................... 117



ÍNDICE DE ECUACIONES

Ecuación 1.1: Relación de Velocidad Periférica (TSR). .............................................................................. 16

Ecuación 1.2: Energía cinética ...................................................................................................................... 17

Ecuación 1.3: Caudal másico de aire. ........................................................................................................... 17

Ecuación 1.4: Potencia disponible. ................................................................................................................ 18

Ecuación 1.5: Ecuación de continuidad. ....................................................................................................... 19

Ecuación 1.6: Ecuación de conservación de la cantidad de movimiento. .................................................. 19

Ecuación 1.7: Conservación de la energía entre (1) y (e). ........................................................................... 19

Ecuación 1.8: Conservación de la energía entre (s) y (2)............................................................................. 20

Ecuación 1.9: Potencia aprovechada por el rotor. ....................................................................................... 20

Ecuación 1.10: Potencia disponible en términos de (a). .............................................................................. 20

Ecuación 1.11: Coeficiente de potencia en términos de (a). ........................................................................ 20

Ecuación 1.12: Potencia Recuperada. ........................................................................................................... 21

Ecuación 1.13: Regulación. ............................................................................................................................ 23

Ecuación 1.14: Cantidad de energía almacenada en Amperios-Hora........................................................ 24

Ecuación 1.15: Factor de Mantenimiento. .................................................................................................... 30

Ecuación 1.16: Composición básica de una cuota. ....................................................................................... 33

Ecuación 1.17: Cuota de amortización a capital. ......................................................................................... 33

Ecuación 1.18: Cuota de amortización a interés. ......................................................................................... 33

Ecuación 1.19: Cuotas por pagar. ................................................................................................................. 33

Ecuación 2.1: Función de densidad de probabilidad de Weibull. .............................................................. 37

Ecuación 2.2: Ecuación de una recta. ........................................................................................................... 37

Ecuación 2.3: Pendiente de la recta de regresión lineal. ............................................................................. 38

Ecuación 2.4: Cruce por cero de la recta de regresión lineal. ..................................................................... 38

Ecuación 2.5: Factor de forma de la Ley de Weibull. ................................................................................. 38



Ecuación 2.6: Factor de escala de la Ley de Weibull. .................................................................................. 38

Ecuación 2.7: Velocidad media del viento por medio de los parámetros de Weibull. .............................. 38

Ecuación 2.8: Factor de desviación. .............................................................................................................. 38

Ecuación 2.9: Factor de escala a la altura deseada. ..................................................................................... 39

Ecuación 2.10: Factor de forma a la altura deseada. .................................................................................. 39

Ecuación 2.11: Cubo de la velocidad promedio. .......................................................................................... 39

Ecuación 2.12: Pendiente de la recta de regresión lineal predispuesta según los informes consultados. 40

Ecuación 2.13: Cruce por cero de la recta de regresión lineal. ................................................................... 40

Ecuación 2.14: Factor de forma de los informes consultados. .................................................................... 40

Ecuación 2.15: Factor de escala de los informes consultados. .................................................................... 41

Ecuación 2.16: Velocidad promedio según los informes consultados. ....................................................... 41

Ecuación 2.17: Factor de desviación según los datos Consultados. ............................................................ 41

Ecuación 2.18: Factor de desviación en Altos de Cazucá. ........................................................................... 41

Ecuación 2.19: Factor de forma en Altos de Cazucá. .................................................................................. 42

Ecuación 2.20: Velocidad promedio en Altos de Cazucá. ........................................................................... 42

Ecuación 2.21: Pendiente de la regresión lineal para los datos de la estación PEGASUS ....................... 43

Ecuación 2.22: Cruce por Cero de la regresión lineal para los datos de la estación PEGASUS ............. 43

Ecuación 2.23: Factor de forma dado los datos de la estación PEGASUS. ............................................... 44

Ecuación 2.24: Factor de escala dado los datos de la estación PEGASUS................................................. 44

Ecuación 2.25: Velocidad promedio dado los datos de la estación PEGASUS.......................................... 44

Ecuación 2.26: Cubo de la velocidad promedio en Altos de Cazucá. ......................................................... 44

Ecuación 2.27: Potencia disponible en Altos de Cazucá. ............................................................................. 45

Ecuación 4.1: Área de barrido de las hélices a implementar. ..................................................................... 58

Ecuación 4.2: Potencia disponible en Altos de Cazucá. ............................................................................... 58

Ecuación 4.3: Potencia recuperable en Altos de Cazucá. ............................................................................ 59

Ecuación 4.4: Potencia desarrollada por un cuerpo rotacional. ................................................................. 59

Ecuación 4.5: Velocidad rotacional del generador. ..................................................................................... 59

Ecuación 4.6: Impedancia síncrona. ............................................................................................................. 62



Ecuación 4.7: Potencia mecánica entregada al generador eléctrico. .......................................................... 62

Ecuación 4.8: Potencia de salida de generador en base a las pérdidas de potencia .................................. 63

Ecuación 4.8: Potencia de salida de generador en base a la eficiencia ....................................................... 63

Ecuación 4.9: Pérdidas de potencia del generador ...................................................................................... 63

Ecuación 4.10: Regulación. ............................................................................................................................ 65

Ecuación 4.11: Capacidad del banco de baterías. ........................................................................................ 67

Ecuación 6.1: Costo de la energía. ................................................................................................................. 82

Ecuación 6.2: Energía Anual Producida funcionando 12 horas en el día .................................................. 83

Ecuación 6.3: Energía Anual Producida funcionado las 24 horas del día ................................................. 83

Ecuación 6.4: Costo Unitario Variable ......................................................................................................... 83

Ecuación 6.5: Costo de la energía para el proyecto. .................................................................................... 83

Ecuación 6.5: Costo de la energía Anual con la red del operador. ............................................................. 84

Ecuación 6.6: Costo de la energía Anual con la red del operador. ............................................................. 84

Ecuación 6.7: Tiempo de retorno de la Inversión ........................................................................................ 85

Ecuación 6.8: Costo de la energía del sistema de generación cotizado ...................................................... 85

Ecuación 6.9: Tiempo de retorno de la Inversión para el sistema cotizado............................................... 85



ÍNDICE DE ANEXOS

ANEXO 7.1: DATOS RECOPILADOS DE LA VELOCIDAD DEL VIENTO EN LA ESTACIÓN

CAZUCÁ PARA EL AÑO 2006 .................................................................................................................... 90

ANEXO 7.2: DATOS RECOPILADOS DE LA VELOCIDAD Y DIRECCIÓN DEL VIENTO EN

BOGOTÁ PARA EL AÑO 2010 ................................................................................................................... 91





ANEXO 7.5: TABLAS DE VELOCIDADES DEL VIENTO CAZUCÁ PARA LOS AÑOS (2006, 2010,

2011, 2012) ..................................................................................................................................................... 104

ANEXO 7.6: REGISTRO FOTOGRÁFICO DEL ESTADO ACTUAL DE LA ILUMINACIÓN

EXTERIOR ................................................................................................................................................... 105

ANEXO 7.7: ESTADO ACTUAL DE LAS CALZADAS CON LAS QUE COLINDA EL PREDIO

COMERCIAL ............................................................................................................................................... 108

ANEXO 7.8: RESULTADOS DE LA PRUEBA DE ILUMINACIÓN AL EXTERIOR DEL PREDIO

COMERCIAL ............................................................................................................................................... 109

ANEXO 7.9: DATOS DE LA PLANIFICACIÓN PARA EL DISEÑO DE ILUMINACIÓN ............... 114

ANEXO 7.10: TABLA DE AMORTIZACIÓN REALIZADA ................................................................. 115

ANEXO 7.11: PLANOS DEL PROYECTO .............................................................................................. 118



CAPÍTULO 1

INTRODUCCIÓN

La tecnología tras la transformación de la energía eólica en eléctrica ha ido evolucionando y cada vez se

demuestra más su viabilidad técnica y económica lo que la convierte en una energía madura. Se ha llegado a

desarrollar en los últimos tiempos sistemas eoloelectricos por la reducción de la emisión de gases de efecto

invernadero por la reducción de residuos sólidos y líquidos.

Una de las principales desventajas que presenta este tipo de tecnología es que el viento es en magnitud y

dirección variable, esto hace que no todos los lugares sean óptimos para la implementación para un sistema de

generación eléctrica con el aprovechamiento de la energía cinética del viento.

Para llegar a determinar la viabilidad de un proyecto donde su principal fuente de energía es el viento, es

necesario conocer las características del mismo. Debido al constante cambio en su magnitud y dirección, es

necesario aplicar un análisis estadístico a la recolección de datos como lo es la ley de distribución de

velocidades del viento de Weibull. Por otro lado los aerogeneradores se pueden clasificar según su eje,

encontramos generadores de eje vertical y de eje horizontal, los más utilizados para la producción de energía

eléctrica son los aerogeneradores de eje horizontal, ya que se caracterizan por tener una mejor eficiencia a la

hora de aprovechar la energía disponible del viento, alcanzando un rendimiento de hasta el 45%, esto para los

modelos tripala, estos aerogeneradores se consideran como aerogeneradores rápidos ya que se diseñan a partir

de altas velocidades del viento.

Con el fin de suplir las necesidades energéticas a menudo se hace necesario almacenar la energía en un

acumulador o también llamado banco de baterías, para disponer de ella según sean los requerimientos de la

carga, respecto a; tensión y corriente, para ello el diseño debe contar con un sistema de regulación de carga y

descarga para el banco de baterías, por otro lado los convertidores CC/CC y CC/AC, todo esto para energizar

la carga de manera adecuada.



1.1. Definición del problema.

“Se ha establecido como el objetivo del alumbrado público permitir a los usuarios de la calzada y del andén,

circular sobre ellos en las horas de la noche, de manera segura, cómoda y a velocidades preestablecidas”

(RETILAP, 2010, pág. 118).

Según las encuestas publicadas por la Cámara de Comercio de Bogotá (Cámara de Comercio de Bogotá,

2012), para el 2012 la localidad de Ciudad Bolívar registró un índice de hurto a personas del 4% del total en

la Ciudad de Bogotá. Altos de Cazucá-Cundinamarca ubicado en la Localidad de Ciudad Bolívar Sur-Oeste

de la ciudad (Coordenadas cardinales: 4°35'9"N 74°11'8"W,figura (1.1)), el alto índice de inseguridad se

presenta en altas horas de la noche, como lo muestra el informe de la Cámara de Comercio de Bogotá

(Cámara de Comercio de Bogotá, 2012).

De acuerdo con la formulación del plan maestro de movilidad (Secretaria de Tránsito y Transporte, 2005,

págs. 6-11) la Localidad de Ciudad Bolívar tiene un estrato socioeconómico promedio de 1.6 donde la tarifa

de energía eléctrica (kilovatio-hora) es de $ 329.4360 (CREG, 2013).

Ahora bien existen zonas de bajos recursos en las cuales la falta de iluminación con lleva a la inseguridad

sobre la vía pública ocasionando problemas sociales y culturales que conlleva a que los habitantes de estas

zonas se encuentren obligados a someterse a condiciones de vida que no son favorables para ellos. Un

ejemplo de ello es el barrio “Altos de Cazucá-Cundinamarca, en el cual es notoria la falta de iluminación en

exteriores, donde se requieren soluciones eficientes y económicamente viables para la mejora en la

iluminación exterior.

En Altos de Cazucá-Cundinamarca la mejora en iluminación exterior residencial puede mitigar los altos

índices de inseguridad, por otro lado las energías renovables ofrecen una solución económicamente viable ya

que su fuente energética no tiene costo alguno. Del mismo modo la energía eólica es óptima puesto que es un

recurso abundante particularmente en este sector, gracias a su posición geográfica Altos de Cazucá-

Cundinamarca puede garantizar un constante flujo de viento, de modo que el desarrollo de un proyecto

enfocado en el aprovechamiento de energía eólica dará la solución a la falta de iluminación exterior,

transformando así la energía cinética del viento en energía eléctrica y aprovechándola para la iluminación de

exteriores residenciales, mejorando así la iluminación en la vía pública.



Figura 1.1 “Altos de Cazucá-Cundinamarca” Adaptado de:(wikimapia, 2014)

1.2. Objetivo general.

Diseñar un sistema de generación eólica para la iluminación exterior con tecnología LED, de un predio

comercial en Altos de Cazucá-Cundinamarca.

1.3. Objetivos específicos.

1) Evaluar la información sobre los recursos potenciales de energía eólica de la zona de Altos de

Cazucá.

2) Identificar las necesidades de iluminación exterior del predio comercial en Altos de Cazucá–

Cundinamarca, a fin de calcular los principales parámetros técnicos del sistema de iluminación con

tecnología LED; para suplir tales necesidades de iluminación, actuales y proyectadas a un horizonte

de 15 años.

3) Diseñar el sistema de generación para el suministro de energía eléctrica a un sistema de iluminación

exterior con tecnología LED, determinando en primer lugar el tipo de aerogenerador más adecuado a

los requerimientos técnicos previstos, recursos eólicos disponibles y lugar de instalación.

4) Evaluar la relación costo-beneficio de este proyecto a fin de identificar la viabilidad técnica y

económica de su implementación.



1.4. Desarrollo del tema en capítulos.

En el capítulo 2 se muestra la información recopilada de la velocidad del viento en Bogotá para los años:

2006, 2010, 2011 y 2012. Para el año 2006 se presenta una gráfica que resume los informes de las distintas

estaciones meteorológicas con las que contaba en ese momento la Red de Monitoreo de la Calidad del Aire en

Bogotá (RMCAB), en ella se describe la velocidad promedio diaria para este año. El informe del año 2010

describe el comportamiento de los vientos por medio de mapas de vientos, los cuales discretizan el

comportamiento del viento para las cuatro franjas horarias del día, pero solo para tres de los cuadro trimestres

de este año. Los informes de los años 2011 y 2012 presentan una información completa respecto al

comportamiento del viento de acuerdo a los cuatro trimestres de los respectivos años, además discretizan el

comportamiento de cada trimestre en las cuatro franjas horarias del día.

Por otro lado en el anexo (7.5) se muestra cinco tablas que resumen el comportamiento de la velocidad

promedio por franja horaria, por mes y el promedio de la velocidad de los 4 años recopilados, seguidamente

se aplica un análisis al anexo (7.5) por medio de “La ley de Distribución de la velocidad del Viento de

Weibull”, de la cual se obtienen los datos de velocidad media o promedio, la velocidad del viento a la altura

de Altos de Cazucá, y el cubo de la velocidad media, la cual es necesaria para el capítulo 3, luego de ello se

realizan una serie de conclusiones respecto a los datos obtenidos por medio de la Ley de Distribución del

Viento de Weibull.

El capítulo 3 inicia mostrando el estado actual de la iluminación en el predio por medio de un registro

fotográfico (Anexo 7.6) y una medida de iluminancia (Anexo 7.8) realizado a las calzadas y andenes a

iluminar. Luego de ello se definen los criterios que tendrá el diseño de iluminación basados en los parámetros

técnicos y normativos del RETILAP, además se seleccionó la luminaria a implementarse en el diseño de

acuerdo a las características de; tecnología, potencia disipada y grado de protección (IP), finalmente se realiza

el diseño de iluminación en Dialux 4.12, analizando y verificando que los resultados cumplan con los criterios

exigidos por el RETILAP.

En el capítulo 4 se define el tipo de hélice a implementar con la cual se calculó la potencia disponible en Altos

de Cazucá-Cundinamarca, teniendo así una base y criterios sólidos para seleccionar el tipo de generador, de

acuerdo a ello se selecciona un generador síncrono de imanes permanentes, ya que es el más conveniente para

esta aplicación, teniendo en cuenta que el nivel de tensión generado será variable se hace necesario

implementar un regulador de carga que permite realizar correctamente la carga y descarga del banco de

baterías, finalmente se define el tipo de conversor a implementar para lograr energizar la carga previamente

definida.

En el capítulo 5 se muestra la configuración general del sistema de generación, un diagrama de Pareto define

la eficiencia total del sistema y un diagrama de flujo de potencia el cual traduce la configuración del sistema

de generación, mostrando así un criterio técnico de la viabilidad del sistema de generación.

En el capítulo 6 se realiza un estudio técnico económico de la viabilidad del presente proyecto, por medio de

un análisis de recuperación de capital y una tabla de amortización que argumenta la viabilidad del proyecto.



1.5. Glosario de términos.

Deslumbramiento: Es la sensación producida por la luminancia dentro del campo visual que es

suficiente mayor que la luminancia a la cual los ojos están adaptados y que es causa de molestias e

incomodidad o perdida de la capacidad visual y de la visibilidad (RETILAP, 2010, pág. 17).

Factor de mantenimiento: Es la relación de la iluminancia promedio en el plano de trabajo después

de un proceso determinado de uso de una instalación, y la iluminancia promedio obtenida al empezar

a funcionar la misma como nueva” (RETILAP, 2010, pág. 97).

Factor de uniformidad general de la luminancia : Medida de la variación de la iluminancia

sobre un plano dado, expresada mediante alguno de los siguientes valores:

A) Relación entre la iluminancia mínima y la máxima

B) Relación entre la iluminancia mínima y la promedio

Flujo luminoso (∅): “Cantidad de luz emitida por una fuente luminosa en todas las direcciones por

unidad de tiempo, su unidad es el lúmen (lm)” (RETILAP, 2010, pág. 19).

Fotocontrol: Dispositivo utilizado, normalmente para conectar y desconectar en forma automática

luminarias de alumbrado púbico en función de la variación del nivel luminoso.

Fuentes no Convencionales de energía renovable (FNCER): Son aquellos recursos de energía

renovable disponibles a nivel mundial que son ambientalmente sostenibles, pero que en el país no

son empleadas o son utilizadas de manera marginal y no se comercializan ampliamente. Se

consideran FNCER la biomasa, los pequeños aprovechamientos hidroeléctricos, la eólica, la

geotérmica, la solar y los mares. Otras fuentes podrán ser consideradas como FNCER según lo

determine la UPME(CONGRESO DE COLOMBIA, LEY 1715, 2014, pág. 5)

Iluminancia inicial ( ): “Iluminancia promedio cuando la instalación es nueva” (RETILAP,

2010, pág. 19).

Iluminancia mínima mantenida: Es el nivel de iluminación mínimo que se debe mantener en el

sitio a iluminar, teniendo en cuanta los parámetros de depreciación lumínica, suciedad en la

luminaria y el sitio.

Luminaria: “Aparato de iluminación que distribuye, filtra o transforma la luz emitida por una o más

bombillas o fuentes luminosas y que incluye todas las partes necesarias para soporte, fijación y

protección de las bombillas”

(RETILAP, 2010, pág. 20).

Lux (lx): “Unidad de medida de iluminancia en el Sistema Internacional (SI). Un lux es igual a un

lumen por metro cuadrado ” (RETILAP, 2010, pág. 20).

Sistema de iluminación: “Componentes de la instalación y sus interrelaciones para su operación y

funcionamiento” (RETILAP, 2010, pág. 22).

Sitio de emplazamiento: Lugar o sitio geográfico escogido para el diseño y/o montaje de un

proyecto.



1.6. Lista de acrónimos y siglas.

Para efectos del presente proyecto, se presenta un listado de acrónimos y siglas comúnmente utilizadas en el

análisis del viento, análisis aerodinámico, fuentes de información, iluminación y electricidad de baja tensión.

= Coeficiente de potencia

CC/AC = Conversor de corriente continua a corriente alterna

CC/CC = Conversor de corriente continua a corriente continua a corriente continua

CI = Circuitos Integrados

COE =Cost of Energy

umc = Unidades monetarias constantes

CREG = Comisión de Regulación de Energía y Gas.

DOD = Profundidad de descarga

Efectivo mensual

Factor de potencia

FNCE = Fuentes no Convencionales de Energía

FNCER= Fuentes no Convencionales de Energía Renovable

GIRDA = Generadores de inducción con rotor doblemente alimentado

GIRDRV = Generador de inducción con rotor devanado y resistencia variable

GIRJ = Generadores de inducción con rotor de jaula de ardilla

GSEC = Generador síncrono con excitación convencional

GSIP = Generador síncrono multipolo con imanes permanentes

IEA = Interés efectivo anual

IEM = Interés efectivo mensual

Cuota de Interés

IP = Índice de Protección

LED = Diodo emisor de luz.

MAVDT = Ministerio de Ambiente, Vivienda y Desarrollo Territorial

Ml = Metro Lineal

NACA = National Advisory Committee for Aeronautics

Potencia disponible del viento

Potencia recuperada

Potencia desarrollada por el generador

Potencia de salida del generador

Potencia de salida del regulador

Potencia de salida del banco de baterías

Potencia de salida del inversor

Potencia de salida del sistema de iluminación

Perdidas aerodinámicas

Perdidas por rotación

Perdidas en el cobre

Perdidas en el regulador

Perdidas en el banco de baterías

Perdidas en el inversor



Perdidas en la fotocelda

Resistencia de armadura

RETILAP = Reglamento Técnico de Iluminación y Alumbrado Público.

RMCAB = Red de Monitoreo de la Calidad del Aire en Bogotá.

SDA = Secretaria Distrital de Ambiente

SINUPOT = Sistema de Información de Norma Urbana y Plan de Ordenamiento Territorial

TSR = Relación de Velocidad Periférica (Tip-Speed-Ratio)

Valor del préstamo

VPC = Voltios por Celda

VRLA = Batería de Plomo-Acido regulada por válvula

Cuota de Amortización a capital

Reactancia de dispersión

Reactancia síncrona



1.7. Marco teórico.

1.7.1. Energía Eólica.

La energía eólica es la energía proveniente del viento, es decir que es la energía cinética generada

por el movimiento de la masa de aire. Este tipo de energía se puede transformar en varias formas de

energía útiles para el hombre. La energía eólica tiene las siguientes ventajas: es gratuita, inagotable y

no daña el medio ambiente, pero cuenta con algunos inconvenientes como lo es; ser de magnitud

aleatoria y dirección dispersa. “La velocidad del viento es una magnitud vectorial y ésta varía de

forma aleatoria tanto en módulo como en dirección y sentido” (Escuela Tecnica Superior de

Ingenieros, 2012).

1.7.2. Formacion del Viento.

El calentamiento desigual de la superficie terrestre genera un movimiento de masa de aire debido a la

diferencia de densidades que se presenta en las mismas, es decir que la formación del viento se da

cuando tenemos dos superficies terrestres a distintos niveles de temperatura, ello provoca un

desplazamiento o movimiento de masas de aire. Un ejemplo de ello es observar una montaña, al

amanecer el aire más frio es el que se encuentra en lo alto de la montaña, al salir el sol el aire que se

encuentra en la ladera de la montaña se empieza a calentar, esto provoca que el aire frio de los altos

de la montaña baje y desplace el aire caliente, el cual se empieza a elevar hacia las nubes. Para

entender un poco mejor esta formación del viento podemos observar las figuras(1.2 y 1.3), donde se

encontrara la formación del viento, cerca al mar y entre montañas.

Figura 1.2 “Movimiento del Aire sobre las costas”

Tomado de (Energias Argentinas, 2013)

Físicamente en la noche se invierte el gradiente de temperatura debido al más rápido

enfriamiento de la superficie terrestre; el gradiente de presión es ahora de la tierra hacia el

mar, motivando un flujo de aire hacia el mar (brisa terrestre).

(Martìnez, 2011)

De modo que esta es una variación del viento a causa de la variación diaria de las diferencia de

temperatura.



Las condiciones locales influyen considerablemente en el potencial eólico de una zona a otra y puede

suceder que dos lugares muy próximos tengan una gran diferencia de condiciones eólicas.

En el caso de los valles y faldas de las montañas el aire se calienta durante el día y se va hacia las

alturas, mientras que en la noche el aire frio, más pesado, baja hacia los valles, esto sucede tal y

como lo muestra en la figura (1.3).

Figura 1.3 “Movimiento del Aire sobre los valles y faldas de las montañas”

Tomado de (Energias Argentinas, 2013)

En los valles y en las zonas formadas por montañas se afecta enormemente el potencial eólico al

aumentar la acción del viento, que varía notablemente con la altura. Esta variación es consecuencia

de la capa limite que se produce por el contacto de los fluidos viscosos (las masas de aire) con las

superficies (la tierra).Lo que quiere decir que el movimiento de las masas de aire entre montañas es

más disperso y variable, debido al contacto con la superficie montañosa, es decir arboles de distinta

altura, malformaciones propias de la montaña etc.

Por otro lado “la velocidad media del viento es más débil durante la noche, variando muy poco y

aumenta a partir de la salida del sol, alcanzado un máximo entre las 12 pm y 4pm” (Martìnez, 2011).

1.7.3. Aeroturbina, Aerogeneradores y su clasificación.

Una Aeroturbina o Turbina Eólica es una máquina que en conjunto transforma la energía cinética del

viento en energía mecánica, donde el uso de dicha energía puede ser para la producción de energía

eléctrica en el caso de los Aerogeneradores, o para la extracción de agua en el caso de la

Aerobombas.

Las Aeroturbinas se clasifican según la posición de su eje de rotación y el número de palas que la

conforman, encontrando Aeroturbinas de eje horizontal y de eje vertical. Dentro de la Aeroturbinas

de eje horizontal encontramos modelos como; Multipala, Tripala y Bipala entre otras, y en las de eje

vertical como; Rotor Savonius, Molinete y Rotores Darrieus. En la figura (1.4) se encuentra un

modelo de cada tipo de Aeroturbina de eje horizontal, de igual modo en la figura (1.5) se encuentran

las de eje vertical.



Figura 1.4 “Turbinas de Eje horizontal”

Tomado de (Alemany, 2008, pág. 6)

Figura 1.5 “Turbinas de Eje vertical”

Tomado de (Alemany, 2008, pág. 6)

Un cuerpo situado en el seno de un fluido en movimiento experimenta dos fuerzas: una en la

dirección del movimiento relativo del fluido respecto del objeto, denominada fuerza de

arrastre o resistencia drag ( y otra en la dirección perpendicular a la anterior,

denominada fuerza de empuje o sustentación lift ( . La fuerza total (F) es la suma vectorial

de ambas componentes.

(López, 2013, pág. 105)

La fuerza de arrastre tiene mucha más importancia que la de sustentación ( en

aquellos cuerpos de geometría no aerodinámicos, como por ejemplo el caso de una placa

plana, mientras que en los cuerpos con perfil aerodinámico, la fuerza de sustentación tiene

mucha mayor importancia que la de arrastre, como es el caso del ala de un avión.

(López, 2013, pág. 105)

La conversión de la energía cinética del viento en energía mecánica para el accionamiento de una

maquina operadora (generador eléctrico) puede realizarse básicamente según:

a) Aerogeneradores cuyo par motor se obtiene esencialmente de la fuerza de arrastre, como el

aerogenerador de eje vertical tipo Savonius y los Multipala.



b) Aerogeneradores cuyo par motor se obtiene esencialmente de la fuerza de sustentación, como el

aerogenerador de eje vertical tipo Darrieus y los modernos aerogeneradores de eje horizontal tipo

hélice (Tripala o Bipala), “en estos se desarrolla la fuerza de sustanciación que produce el par motor

en el eje del rotor” (López, 2013, pág. 106).

Figura 1.6 “Principio de un generador eólico basado en el arrastre”

Tomado de (López, 2013, pág. 107)

En la figura (1.6) se muestra el principio de funcionamiento de un generador eólico, en el que el

viento con velocidad ( incide sobre un álabe que puede girar con velocidad angular alrededor

de un eje. Este generador funciona bajo el principio de la fuerza de arrastre, indicado en el punto (a)

y su rendimiento de conversión es pequeño, (López, 2013, pág. 106). Los aerogeneradores que

funcionan en base a la fuerza de arrastre experimentan poca captación de la energía cinética del

viento.

Los aerogeneradores de eje horizontal tipo hélice funcionan bajo el principio de la fuerza de

sustentación indicado en el punto (b). La circulación del aire alrededor de un perfil aerodinámico

origina la aparición de una fuerza de empuje (E). Esta fuerza se descompone en dos componentes:

una perpendicular al eje de giro del rotor ( que origina el par de giro y por tanto desarrolla

potencia en el eje y otra paralela al eje de giro ( que no contribuye al par, según se muestra en la

figura (1.7).

Figura 1.7 “Principio de un generador eólico basado en la sustentación”




Este sistema proporciona mejores rendimientos energéticos que el basado en la fuerza de arrastre,

este sistema de transformación de energía básicamente lo componen, un sistema hélices a

implementar y un sistema de orientación hacia la dirección predominante del viento, este último solo

aplicaría para aerogeneradores de eje vertical en primer lugar el modelo de hélices a implementar, el

sistema de orientación o veleta, el sistema de parado de emergencia.

La hélice puede presentar dos tipos de posiciones frente al viento, como son:

a) En Barlovento: En la que el viento viene de frente hacia las palas, teniendo el sistema de orientación

detrás, tal y como lo muestra la figura (1.8).

Figura 1.8 “Hélice en Barlovento” Adaptado de (Alemany, 2006, pág. 6)

b) En Sotavento: En la que el viento incide sobre las palas de forma que este pasa primero por el

mecanismo de orientación y después actúa sobre la hélice, tal y como se puede ver en la figura (1.9).

Figura 1.9 “Hélice en Sotavento” Adaptado de (Alemany, 2006, pág. 6)

La principal clasificación de los aerogeneradores es la posición de su eje de rotación, ya que pueden

encontrarse Aerogeneradores de eje horizontal o de eje vertical.



1.7.3.1. Aerogeneradores de eje horizontal: Aprovechan la energía cinética del viento por medio por medio

de una Aeroturbina que puede ser Multipala, Tripala o Bipala, por otro lado se suelen clasificar

según su velocidad de giro en rápidas o lentas, esto se define según el número de palas que la

conformen, ya que entre más número de palas, más fricción presentara con el viento , lo que quiere

decir que la velocidad de giro de una Aeroturbina Multipala no será tan rápida en comparación con

una Aeroturbina Bipala o Tripala que solo presenta fricción con el viento con dos o tres palas

respectivamente.

Las Aeroturbinas rápidas tienen un número de palas no superior a 4 y las lentas pueden tener hasta

24 palas. Por otra parte “Requieren contar con una velocidad del viento constante tanto en dirección

como en magnitud, para obtener en hélices una velocidad angular uniforme. A continuación se

muestran algunos de sus principales tipos” (Martìnez, 2011).

Aerogenerador Multipala: Este tipo de Aerogenerador es muy usado en zonas con constante flujo de

viento pero a muy bajas velocidades, de modo que para el mayor aprovechamiento se instala un gran

número de palas y una venta viola para orientar el Aerogenerador, tal como se muestra en la figura

(1.10), se caracteriza por manejar un gran Par de giro.

Figura 1.10 “Aerogenerador Multipala”

Tomado de (renov-arte.es)

Aerogenerador Tripala

Este tipo de aerogenerador solo tienen 3 aspas, se diseñan para velocidades del viento desde 6 y 7

, un ejemplo de ello son los mostrados en la figura (1.11), donde se aprecia que solo tienen 3

aspas, las cuales están a una altura de 60 [m], sobre el nivel del mar, según lo publicado por: (UPME,

2008).



Figura 1.11 “Aerogeneradores de eje horizontal”

Adaptado de (UPME, 2008).

Aerogenerador de eje horizontal tipo hélice.

Los Aerogeneradores de eje horizontal constan de una Aeroturbina, de una góndola o navecilla que

contiene al generador eléctrico, dinamo o alternador, un sistema de acoplamiento que puede ser a su

vez multiplicador del número de revoluciones proporcionadas por la hélice y un sistema de control y

orientación; todo esto va montado sobre una torre similar a las de la líneas de transmisión Eléctrica,

en la que hay que vigilar cuidadosamente los modos de vibración, en la actualidad no es tan aplicado

debido a que su diseño aplica para sitios geográficos donde se cuenta con una velocidad del orden de

los 9-13 , además que su estructura es muy propensa a constantes oscilaciones, lo que genera

poca confiabilidad para su implementación, un ejemplo de este modelo se muestra en la figura

(1.12).

Figura 1.12 “Aerogenerador de eje horizontal tipo hélice”

Tomado de (Díez, 2012)

1.7.3.2. Aerogeneradores de eje vertical: Aprovechan la energía cinética del viento por medio por medio

Aeroturbina que puede ser Rotor Savonius, Molinete y Rotores Darrieus, “Pueden estar sometidas a

un viento aparentemente variable en su dirección, ello les permite mantener condiciones regulares en

la velocidad angular , no obstante el flujo aerodinámico resulta complicado para su estudio”

(Martìnez, 2011), es decir que este tipo de máquinas aprovechan el viento en cualquier dirección y la

velocidad rotacional es variable, además que realizar un estudio aerodinámico resulta complicado



debido a que sus aspas están sometidas a distintas velocidades y direcciones del viento en un mismo

intervalo de tiempo pero tienden a mantener una rotación constante en su eje.

A continuación se describen algunos tipos de generadores eólicos de eje vertical

Aerogenerador Darrieux.

La figura (1.13) es un modelo a gran escala de un Aerogenerador Darrieux, lo más notable de este

tipo de Aerogenerador es que solo consta de dos a tres hélices equidistantes lo cual agrega una

ventaja para mantener la velocidad constante al no presentar mayor fricción de las aspas con el

viento. Es aplicable solo para sitios geográficos donde la velocidad del viento se considera de entre 4

a 5 .

Figura 1.13 “Aerogenerador Darrieux”

Tomado de (Energias Renovables, 2009)

Aerogenerador Savonius.

Este tipo de Aerogenerador es el más usado para el aprovechamiento de vientos de poca velocidad,

además tiene la ventaja de aprovecha en viento en cualquier dirección, por ello es el Aerogenerador

ideal para zonas donde el viento se presenta con poca fuerza y en distintas direcciones como por

ejemplo las zonas urbanas, no obstante, no obstante este tipo de Aerogenerador maneja bajos

rendimientos de entre el 30% y 40%, un ejemplo de este tipo de Aerogenerador es el que se muestra

en la figura (1.14).



Figura 1.14 “Aerogenerador Savonius”

Tomado de (AVILES JARAMILLO & MORA AMADO, Diseño y construccion de un sistema de control

para un aerogenerador de eje horizontal, 2009)

1.7.4. Relación de Velocidad Periférica (TSR)

El TSR (Tip-Speed-Ratio) o Relación de Velocidad Periférica indica que la periferia de la pala

circula a una velocidad TSR veces mayor que la velocidad del viento, es la relación entre la

velocidad periférica de la pala la del punto más exterior sobre la misma a partir del eje de rotación

y la velocidad del viento, como se muestra en la ecuación (1.1):

Ecuación 1.1: Relación de Velocidad Periférica (TSR).

De modo que esta ecuación nos indica indirectamente el rendimiento de las aspas, porque compara la

velocidad del viento con la velocidad de sus aspas.



Figura 1.15 “Rendimiento aerodinámico de diferentes maquinas eólicas en función del

TSR”. Tomado de (Departamento de Ingeniería Eléctrica y Energética, 2013)

En la figura (1.15) se representan los rendimientos máximos para cada una de las Aeroturbinas

existentes, además señala que el rendimiento máximo para una Aeroturbina no superara nunca el

60%. Las Aeroturbinas de hélice Tripala y Bipala son las que manejan los más altos índices de

rendimiento, de alrededor de 45% y 48% respectivamente, lo cual es un buen indicador para incluir

este tipo de Aeroturbinas en el presente diseño del sistema de generación.

El valor del TSR da una idea de que tan rápido las hélices multiplican la velocidad del viento, lo que

directamente indica que entre mayor sea el TSR mayor es el rendimiento de las aspas y menor es su

fricción con el viento.

1.7.5. Potencial Eólico.

(López, 2013)Afirma. “La potencia de un Aerogenerador corresponde a condiciones atmosféricas en

sitio como: Presión atmosférica, Temperatura, Densidad del aire y velocidad a la altura de montaje”

(p.221).

Una masa de aire con velocidad posee una energía cinética dada por la ecuación (1.2).

Ecuación 1.2: Energía cinética

El caudal másico de aire de densidad que fluye con velocidad a través de una superficie

de área perpendicular a la dirección del flujo, está dada por la ecuación (1.3).

Ecuación 1.3: Caudal másico de aire.



La potencia disponible del caudal de aire que atraviesa dicha sección está dada por la ecuación

(1.4).

Ecuación 1.4: Potencia disponible.

La potencia eólica disponible es proporcional a la densidad del aire, al área expuesta

perpendicularmente al flujo del viento y al cubo de la velocidad.

(López, 2013, págs. 90-91)

Es decir que la potencia extraíble de una corriente de aire, depende de si velocidad del viento se

mantiene constante en una franja horaria o por el contrario su comportamiento es muy inestable e

impredecible, para poder estimar el potencial eólico disponible en lugar determinado, se debe

establecer una serie de datos que respalden el comportamiento del viento para las distintas franjas

horarias del día, de allí se puede establecer una velocidad promedio diaria y las velocidades máximas

que se presentaron, con estos datos se procede a escoger el tipo de Aerogenerador que se

implementara y con base en su eficiencia se estimara la potencia máxima extraíble de las corrientes

de aire en sitio, todo esto con base en el tipo de Aerogenerador a implementar, dado que cada

modelo de Aerogenerador maneja una eficiencia característica.

1.7.6. Energía Aprovechable de acuerdo al modelo de Betz.

El modelo de Betz es un modelo ideal, ya que asume variables físicas como constantes e ideales, este

modelo ofrece una expresión matemática que demuestra que la máxima potencia extraíble de una

corriente del aire es aproximadamente el 60% de la misma, es decir que el aerogenerador mejor

diseñado solo podrá llegar a alcanzar un máximo de potencia extraíble del alrededor 60%, para la

aplicación de este modelo se consideran 5 parámetros como ideales, estos parámetros son:

1. Las hélices del Aerogenerador trabajan sin fricción alguna.

2. Una corriente de aire se separa perfectamente en un flujo perturbado y de uno no

perturbado.

3. La presión estática de los dos flujos es igual.

4. La fuerza desarrollada por unidad de área a lo largo del rotor es constante.

5. El flujo perturbado es ideal, es decir es contante en magnitud y dirección.

Al final del modelo de Betz se encuentra que la potencia recuperada de una corriente de aire como la

que se muestra en la figura (1.16).



Figura 1.16 “Modelo de Betz” Adaptado de (Alemany, 2006, pág. 3)

A continuación se describen e identifican 6 pasos necesarios para llegar a la Formula de Betz, en

base en la figura (1.16).

1. Ecuación de continuidad.

Ecuación 1.5: Ecuación de continuidad.

En la ecuación (1.5) se describe que la energía de entrada es la misma de salida (idealmente, es decir

sin tener en cuenta perdidas de transmisión de energía), si observamos la velocidad de entrada es

inversamente proporcional a la velocidad de la salida, de modo que el área de cobertura de salida es

superior al área de cobertura en la entrada, esto tal y como se ve en la ecuación (1.5), finalmente se

escoge como Q al producto del área de cobertura de la hélice con la velocidad promedio que

atraviesa la hélice tal y como se expresa en la ecuación (1.6).

2. Ecuación de conservación de la cantidad de movimiento:

Ecuación 1.6: Ecuación de conservación de la cantidad de movimiento.

La ecuación (1.6) se describe la conservación de la cantidad de movimiento de pasar de un punto a, a

un punto b.

3. Conservación de la energía entre (1) y (e):

Ecuación 1.7: Conservación de la energía entre (1) y (e).



En la ecuación (1.7) se analiza el traspaso de energía del punto (1) al punto (e), que se simboliza

como J (1-e) en la figura (1.16).

4. Conservación de la energía entre (s) y (2):

Ecuación 1.8: Conservación de la energía entre (s) y (2).

En la ecuación (1.8) se analiza el traspaso de la energía del punto (s) al punto (2), que se simboliza

como J(s-2) en la figura (1.16).Combinado las ecuación (4) y (5) resulta que , de modo que:

, que es la velocidad promedio justo en el punto donde estarían ubicadas las hélices.

5. Potencia aprovechada por el rotor:

Ecuación 1.9: Potencia aprovechada por el rotor.

Se define una relación entre las dos velocidades como: la ecuación (1.9) quedaría como la

ecuación (1.10).

Ecuación 1.10: Potencia disponible en términos de (a).

Como se ve en la ecuación (1.10) la potencia disponible depende de las velocidades antes y después

de las hélices, además del área barrida por las hélices y la densidad del aire en el lugar de trabajo.

Dónde:

Ecuación 1.11: Coeficiente de potencia en términos de (a).

La ecuación (1.11) muestra que el coeficiente de potencia , depende de las velocidades antes y

después de las hélices. De modo que la potencia recuperada se expresa mediante la ecuación (1.12)



Ecuación 1.12: Potencia Recuperada.

1.7.6.1. Máximo Coeficiente de Potencia según el Modelo de Betz.

Para saber el máximo se debe derivar la ecuación (1.10) con respecto a , de modo que al

derivar e igualar a cero, se obtiene un polinomio de grado 2, el cual tiene como raíces: lo que

quiere decir que el máximo Coeficiente de Potencia es de es decir de aproximadamente un 60%.

Con el modelo de Betz se puede establecer que la máxima energía que se puede transformar de una

corriente o flujo de aire es del 60%, aclarando que este modelo se basa en parámetros constantes e

ideales, sin tener en cuenta ningún tipo de pérdidas en la transformación de energía.

1.7.7. Tipos de generadores.

En la gran mayoría de los sistemas de generación hay distintas formas en la etapa de transformación

de la energía cinética del viento en energía eléctrica, a continuación se mostrara algunos tipos de

estas.

“Generador eléctrico asíncrono o de inducción, con rotor en jaula de ardilla accionado a través de

una caja multiplicadora por una turbina eólica que gira a velocidad constante” (López, 2013, pág.

174).

“Generador eléctrico de inducción con rotor devanado doblemente alimentado accionado a través de

una caja multiplicadora por una turbina eólica que gira a velocidad variable” (López, 2013, pág.

174).

“Generador eléctrico síncrono accionado directamente por una turbina eólica que gira a velocidad

variable” (López, 2013, pág. 174).

En la figura (1.17) se ilustra las diferentes etapas del sistema de transformación de la energía cinética

del viento a energía eléctrica, discriminándola de acuerdo a su acople mecánico para transmitir la

energía eólica (transmisión) que se puede dar por medio de una caja multiplicadora de velocidad o

acoplada directamente. El generador que puede llegar a ser para este tipo de aplicación, síncrono

multipolos, síncrono convencional o de inducción.



Figura 1.17 “Opciones de conversión de energía eólica en eléctrica”


Se hará una breve explicación de los diferentes tipos de generadores posibles a usar para la

aplicación del presente proyecto, teniendo en cuenta las características del viento en Altos de

Cazucá-Cundinamarca que se analizaran en el Capítulo 4, se podrá realizar la generación eléctrica

con los siguientes tipos de generadores:

Generadores asíncrono o de inducción

o Rotor jaula de ardilla

o Rotor devanado con resistencia variables

o Rotor devanado doblemente alimentado

Generadores eléctricos síncronos

o Con excitación de electroimanes

o Con excitación de imanes permanentes (multipolos)

1.7.8. Regulador de Carga.

El regulador de carga está conformado por tres componentes y que su uso final será el de llegar a

mantener un nivel de tensión establecido de acuerdo a los requerimientos de la carga, uno de estos

componentes en el rectificador, su principal función es distorsionar la señal sinusoidal de entrada

para que cuando la señal salga de este solo tenga componente continua. A pesar de que la salida del

rectificador es componente continua esta señal será la entrada a el filtro que es el segundo

componente del regulador de carga, es allí donde se rechazan en gran medida los armónicos de la



salida del rectificador pero un vez filtrada la señal, normalmente permanecer una componente

conocida como rizado, el regulador debe eliminar el rizado y además debe contener una impedancia

de salida efectiva para que así la tensión de salida se mantenga independientemente de la carga que

esté conectada.

“El regulador mantendrá la tensión sin carga (circuito abierto, no provee corriente), o a plena carga,

entregando una corriente en la salida. El circuito no tiene una perfecta regulación, pues no mantiene

el tensión mientras entrega corriente a la carga” (J.I.Huircan, 2012)

En un regulador ideal la diferencia entre la tensión de salida sin carga y la tensión de salida a

plena carga es cero o sea - = 0. En la práctica es siempre menor. La variación entre ambas

tensiones se conoce como regulación de carga, sin embargo, el porcentaje de regulación está dado

por la ecuación (1.13), mientras menor sea, mejor es la regulación. (J.I.Huircan, 2012)

Ecuación 1.13: Regulación.

Los reguladores de tensión son sistemas que permiten mantener una tensión fija en la salida

independiente de la corriente requerida por la carga. Estos pueden ser tipo paralelo o serie. Si se

requiere mayor precisión, el regulador puede ser realimentado, con lo cual también se podría obtener

reguladores ajustables (tensión de salida variable). Para el diseño de reguladores se debe conocer la

tensión y la corriente máxima requerida así como la ondulación de la entrada.

El limitador de corriente establece que funciona como una protección para el regulador detecta el

momento en que la carga disminuye su impedancia a valores no establecidos en el diseño y

compensa esa subida de corriente con la disminución de la tensión de salida del regulador de carga,

esto con el fin de evitar que el regulador se queme por una sobre corriente una realimentación.

(J.I.Huircan, 2012)

En la actualidad existe gran variedad de circuitos integrados (CI) reguladores, de características fijas

o ajustables, los cuales son muy versátiles, de fácil uso y de bajo costo. Un circuito integrado

monolítico (muy simplificado) de la serie 78XX, el cual es una familia de reguladores positivos de

valores fijos, es un circuito realimentado y con limitador de corriente, además tiene una salida en

emisor común, para proveer más corriente. (J.I.Huircan, 2012)

1.7.9. Selección del acumulador del sistema.

El uso de la energía eléctrica presenta dificultades a la hora de ser almacenada, las baterías o

acumuladores son una de las pocas formas fiables de almacenar la energía eléctrica, estos

acumuladores se clasifican en dos grandes grupos, primarios y secundarios, en el grupo de los

primarios se encuentran las baterías cuya carga no puede renovarse cuando se agota, excepto

reponiendo las sustancias químicas que la componen, por otra parte en el grupo de los secundarios se

encuentran las baterías recargables que sometiéndolas al paso de corriente transforman la energía

eléctrica en energía química, no obstante dentro del grupo de las baterías secundarias se encuentra



una gran variedad de baterías cuya diferencia radica en su composición química y la forma de

almacenar la energía.

En la actualidad existen muchos tipos de baterías recargables, dado a sus aplicaciones es

imprescindible saber y conocer cada tipo de batería, a continuación se describen y explican los

parámetros que clasifican las baterías según su; composición física, funcionalidad, capacidad y

aplicación. Los parámetros que describen las propiedades funcionales de las baterías son:

Capacidad (C): Se refiere a la cantidad de energía almacenada en amperios-Hora, que puede

suministrar o aceptar una batería, la capacidad de una batería se calcula por medio de la ecuación

(1.14) esta fórmula es aplicable tanto para determinar la capacidad de carga o descarga de la batería

(Ordónez, 2011).

Ecuación 1.14: Cantidad de energía almacenada en Amperios-Hora.

La capacidad de descarga se puede presentar de tres formas muy distintas, cuando la descarga se

realiza a corriente nominal de la batería y a temperatura ambiente se conoce como una descarga

nominal, por otra parte si la temperatura del ambiente es muy variable al igual que la corriente de

descarga de la batería se calcula una capacidad de descarga real de acuerdo a la ecuación (1.14),

finalmente si la capacidad de energía almacenada es conservada por una batería después de una

periodo de tiempo en reposo o inactividad se conoce como capacidad retenida.

Autodescarga: Se conoce como la pérdida de energía en condición de operación en vacío, es decir

que es la perdida de energía debido a que hay una corriente mínima de descarga entre las placas de la

batería cuando esta, no está en funcionamiento, esta autodescarga se expresa en un por ciento de

descarga en un mes, con respecto a la capacidad total de la batería (Ordónez, 2011).

Profundidad de descarga (DOD): Es un valor en porcentaje que indica la proporción de energía

acumulada en la batería que se puede usar libremente sin causar daños irreversibles en la misma.

Este porcentaje es respecto a la capacidad total de la batería, es decir la capacidad de la batería que

indica el fabricante. La superación de este valor se conoce como sobrecarga y puede conllevar daños

irreversibles en la batería, además en la disminución de sus ciclos de carga y descarga, de igual modo

pierde la eficiencia de las reacciones electroquímicas de su electrolito.

Efecto memoria: Es un fenómeno que reduce la capacidad de almacenamiento en las baterías, este

fenómeno se produce cuando se carga la batería sin esta haberse descargado por completo. Cabe

aclara que no todas las baterías sufren de este efecto.

Ciclo de vida: Es el número de veces que se puede cargar y descargar una batería sin que su

capacidad se reduzca a menos del 80 % de su capacidad nominal.

Tiempo de carga rápida: Se refiere al tiempo mínimo necesario para lograr la máxima carga de la

batería.

Máxima corriente de descarga continua: Es la máxima corriente que el electrolito de la batería

permite circular sin sufrir daños permanentes, este valor viene definido por el fabricante.

Tensión de igualación, tensión de mantenimiento, tensión de flotación: Es el nivel de tensión que

requiere una batería a fin de mantenerla cargada al 100%.

Resistencia Interna: “Se define como un concepto que ayuda a modelar las consecuencias eléctricas

de las reacciones químicas que se producen dentro de la batería” (Ordónez, 2011, pág. 17). Es decir



el electrolito de una batería presenta una oposición al paso de la corriente por su composición

química. El valor de resistencia de una batería se calcula por medio de los datos de tensión y

corriente medidos sobre ella, la mayoría de las baterías mantiene una resistencia interna de 1 ohm.

Tiempo de recarga normal (h): “Es el tiempo necesario para recargar completamente la batería”

(Ordónez, 2011, pág. 21).

Curva de carga y descarga: “Grafica utilizada para definir el funcionamiento y prestaciones de una

batería” (Ordónez, 2011, pág. 21), en estas curvas se identifica el número de horas que durara

conectada la carga y la potencia a la que se suministrara.

En la tabla (1) se clasifican las baterías según algunos de los criterios anteriormente mencionados, los

cuales ayudan a identificar el tipo de baterías más apropiado para utilizar en el sistema de generación

eólica.



BateriaAutodescarga

[%]

Tension

Nominal

[V]

Capacidad

[Ah]Características Aplicaciones

Baterías

de Níquel-

Hierro

(Ni-Fe)

20 1,2-1,4 2.5

Es una tecnología libre de cadmio,

es decir que este tipo de baterías no

es muy contaminante, pero no

soportan fuertes descargas, por

otro lado al tener una tensión de

1,2 VPC hace que sea muy difícil

conseguir un alto nivel de tensión.

Entre sus aplicaciones está la de usos a

teléfonos portátiles, computadoras entre

otros.

Baterías

de

Hidruro

de Níquel

y Metal

(NiMH)

20 1.2 0,5-2,8

No admiten el frío extremo, bajo

dichas situaciones reducen

drásticamente la potencia eficaz

que pueden entregar.

Su aplicación básica es en pilas tipo (AA y

AAA), de igual modo se usan

fundamentalmente en equipos comerciales

de baja potencia como microcomputadoras,

portátiles tipo laptop, cámaras de vídeo,

entre otros, se ven muy poco afectadas por

el efecto memoria, por otro lado su costo en

Ah es muy elevado a comparación de otras

baterías recargables.

Baterías

de iones

de Litio

(Li-Ión)

8 3.6 1,5-2,8

No se ven muy afectadas por el

efecto memoria y pueden cargarse

sin necesidad de estar descargadas

completamente, no obstante no

admiten muy bien los cambios de

temperatura.

Su aplicación básica es en pilas tipo (AA),

no obstante son las baterías de lit io que más

se usan en la actualidad, además se ven muy

poco afectadas por el efecto memoria.

Baterías

de Níquel-

Cadmio

(Ni-Cd)

15 1.2 0,5-1

Solo permiten ser recargas una vez

estén agotadas completamente,

por otra parte se ven muy

afectadas por el efecto memoria.

Una de sus aplicaciones es en pilas tipo (AA)

y baterías de teléfonos portátiles.

Baterías

de

polimero

de iones

de litio

20 3 1,5-2,8

Es una tecnología que se encuentra

en desarrollo, donde sus celdas en

tan separadas por un polímero

especial.

Se utilizan para aplicaciones móviles de baja

potencia.

Baterías

de Litio

metal (Li-

Metal)

2 3 2

Su precio es muy inferior al de las

otras baterías de lit io, sus niveles

de autodescarga son los más bajos

entre todos los tipos de baterías

recargables que existen, no

obstante se ven muy poco

afectadas por el efecto memoria.

Se utilizan para aplicaciones de baja

potencia.

Baterías

de plomo-

ácido

(SLA)

3 12 50

Son las de mayor peso que el resto

de las baterías recargables, se

comercializan en tensiones de 12 y

24 V, se componen por celdas de

(2 VPC), además su autodescarga

no supera el 5%, finalmente se ven

muy poco afectadas por el efecto

memoria.

Sus aplicaciones son muy variadas dadas las

ventajas de carga y descarga que ofrecen,

frecuentemente son implementadas en

sistemas de generación; fotovoltaicos,

eólicos e híbridos, también como fuente de

alimentación en automóviles entre otros

usos, sus capacidades de acumulación de

energía son muy variables, actualmente se

comercializan principalmente de dos tipos,

selladas y abiertas.

Baterias Recargables

Tabla 1.1 “Características de Baterías Recargables”

Fuente: (Autores)



La tabla (1) tiene como objeto identificar algunas de las características principales de las baterías

recargables más comunes, esto con el fin seleccionar el tipo de batería que se adaptaría mejor al

proyecto se generación eólica, el cual tiene factores decisivos como lo es el constante cambio en la

temperatura ambiente, ya que el banco de baterías estará a la intemperie, la capacidad de energía

almacenada debe ser la suficiente a fin de alimentar una carga compuesta de varias luminarias de

alumbrado público por cerca de 9 horas, no obstante el tipo de batería seleccionada deberá

contemplar una buena eficiencia además de que su uso sea lo suficientemente confiable para el buen

funcionamiento del sistema.

En primera instancia se identifica que las baterías se componen de algunos de estos tres metales base,

Níquel (NI), Litio (Li) y Plomo (Pb), las baterías compuestas de Níquel y Litio se comercializan

comúnmente en tensiones de entre 2 a 4 VDC, además su capacidad no supera los 2 Ah dada su baja

capacidad de almacenamiento de energía, sus aplicaciones son de uso doméstico y en dispositivos

donde no se requiera mucha energía, no obstante es posible encontrar baterías de hasta 28 V, para

aplicaciones especiales, pero su limitante es su elevado costo en comparación con las baterías de

ácido-plomo. Las baterías de ácido-plomo se comercializan comúnmente en niveles de tensión de

entre 12 a 24 VDC, y cuya capacidad de almacenamiento varia bastante llegando a conseguirse

baterías de hasta de 200 Ah, es decir que la disponibilidad en capacidades es mucho más surtida,

tiene ventajas cruciales como la capacidad de Autodescarga, ya que solo es de 3%.

Las baterías de Plomo-Acido se componen de dos placas una positiva y otra negativa, estas placas se

encuentran sumergidas en un electrolito, que por medio de un proceso químico convierte la energía

eléctrica en energía química y viceversa, obteniendo así un diferencial de potencial entre sus placas,

el cual dependerá de la cantidad y disposición de las celdas que componen la batería. El objetivo

principal de estas baterías en el sistema de generación eólica es el de suministrar una potencia

instantánea superior a la que es posible generar, manteniendo un nivel de tensión estable e

independiente del estado de generación.

Al ser parte fundamental del suministro de energía eléctrica a la carga, deben ser confiables tanto en

el suministro de energía como en su mantenimiento.

En la actualidad este tipo de baterías se clasifican en dos grandes grupos, abiertas y selladas.

Las baterías abiertas o también llamadas baterías de plomo-acido inundadas, son las más

convencionales, donde su electrolito es ácido sulfúrico y agua líquida, visualmente se caracterizan

por tener tapones removibles para verificar el estado del electrolito, dando la posibilidad de vaciar

todo el electrolito para reemplazarlo por uno nuevo, son más contaminantes que las baterías selladas,

ya que en la electrolisis de su electrolito se libera gases que contaminan el medio ambiente, además

son susceptibles a sufrir de derrames de su electrolito lo que limita su posición y ubicación, de

almacenarse en un cuarto necesitan de ductos de ventilación para evacuar los gases emanados.

Por otro lado las baterías de Plomo-Acido selladas son conocidas como baterías de válvula regulada

(VRLA), este tipo de baterías se encuentra completamente selladas y solo permite el intercambio con

el exterior por medio de una válvula que se abre solo cuando la presión al interior de la misma

excede los límites establecidos por el fabricante, su electrolito puede estar en estado líquido o

inmovilizado mediante la acción de sus materiales que le dan una consistencia gelatinosa. Este tipo

de baterías recombinan los gases producidos durante las reacciones del electrolito evitando la fuga de

gases, y la pérdida del electrolito, es por ello que este tipo de baterías es libre de mantenimiento, de

igual modo son menos contaminantes que las convencionales.

En las especificaciones técnicas de los fabricantes de baterías a menudo se refieren al parámetro

VPC (Voltios por celda), esto se refiere al tensión de las celdas individuales que conforman la



batería, a modo de ejemplo, para cargar una batería de 12 V (con 6 celdas de 2 V cada una) a 2,3

VPC se necesita una tensión de 6•2,3 V = 13,8 V a través de los terminales externos de la batería.

Para alargar la vida útil de las baterías deben evitarse las descargas profundas, ya que sus daños

pueden ocasionar el daño permanente de la batería viéndose acortados los ciclos de carga y descarga

de la batería, además se debe evitar que las baterías estén sometidas a elevadas temperaturas, ya que

ello acelera las reacciones químicas del electrolito acortando su vida útil, no obstante si la

temperatura es muy baja el electrolito se puede congelar imposibilitando la carga de la batería,

finalmente si se alcanza la plena carga y no existe un elemento regulador que corte la carga, se da

lugar a la electrolisis del electrolito y se pierde el electrolito en forma de oxigeno e hidrogeno

acortando la vida útil de la batería, esto en el caso de las baterías abiertas, pero en el caso de las

baterías selladas se corre el riesgo que se acumule la suficiente presión para que haga liberar la

válvula reguladora y se dañe completamente la batería.

1.7.10. Conversor AC/DC y DC/AC.

Los convertidores han sido estudiados profundamente ya que tienen una gran importancia en la

conversión, transmisión y regulación de energía eléctrica. Los conversores de energía eléctrica son

una herramienta que permite el control de la energía.

Los inversores tiene una estructura básica esta se puede observar en la figura (1.18), empleando

cuatro semiconductores de potencia los cuales trabajan en las zonas de corte y saturación, se puede

decir que la tensión suministrada a la carga resulta del periodo de conmutación de los transistores.

Figura 1.18 “Estructura básica de un inversor”

Tomado de (AVILES JARAMILLO & MORA AMADO, Diseño y construccion de un sistema de

control para un aerogenerador de eje horizontal, 2009)

En la figura (1.18) se evidencia que no pueden estar activos los transistores en una misma rama

puesto que generaría un cortocircuito en la fuente, su correcto funcionamiento seria con los dos

transistores Q1 y Q4, la tensión de la carga será con una polaridad, pero cuando los transistores

Q2 y Q3 actúan se mostrara una señal pero con polaridad opuesta, la señal que la carga recibe de

entrada variaciones en , la idea es que esa señal discontinua DC promueva una señal AC.



1.7.11. Criterios de iluminancia e uniformidad para alumbrado público de acuerdo al RETILAP

“La iluminancia [ ] se define como la densidad del flujo luminoso que incide sobre una superficie, la

unidad de iluminancia es el Lux” (RETILAP, 2010, pág. 19). Por otra parte el Luxómetro es un

equipo de medida digital el cual, por medio de un obturador mide la iluminancia en un punto

determinado, estos datos pueden ser guardados en tiempo real o en valores específicos, no obstante el

modo de almacenamiento es vía alámbrica por medio de una computadora que tenga instalado el

software del equipo de medida.

El RETILAP define la iluminancia mínima mantenida como un nivel de iluminación mínimo que se

debe mantener en el sitio a iluminar contando con los factores adversos que podrían afectar el nivel

de iluminancia exigido en el sitio.

“Con el tiempo el valor de iluminación inicial va decayendo debido a una pérdida de flujo de la

propia fuente de luz, así como la suciedad así como de la suciedad acumulada en luminarias, paredes,

techos y suelos” (RETILAP, 2010, pág. 21). “No son niveles de diseño, cuando se realiza el proyecto

de iluminación normalmente se establecen niveles de iluminación superiores” (RETILAP, 2010, pág.

21).

La tabla (1.2) define de acuerdo a la clase de iluminación de la vía y según el coeficiente de

superficie de la calzada, el nivel de iluminación que le corresponde a cada tipo la vía.

Tabla 1.2 “Valores Mínimos mantenidos de iluminancias promedio (Lx) en vías motorizadas”

Tomado de (RETILAP, 2010, pág. 121)

La tabla (1.3) define de acuerdo a la clase de iluminación de la vía, el nivel de iluminancia mínima

mantenida en los andenes a rededor del dicha vía.

Tabla 1.3 “Valores Mínimos mantenidos de iluminancias promedio (Lx) en andenes”

Adaptado de (RETILAP, 2010, pág. 123)



Los Niveles Mínimos de Iluminación mantenidos son los niveles de iluminación de acuerdo a la

tarea que se realiza en un local o en una vía. Los ciclos de mantenimiento y limpieza se deben

realizar para mantener los valores de iluminación establecidos y tendrán que sustituirse las bombillas

justo antes de alcanzar este nivel mínimo, de este modo se asegura que la tarea se pueda desarrollar

según las necesidades visuales.

(RETILAP, 2010, pág. 21)

La Iluminancia promedio horizontal mantenida ( ) es el valor por debajo del cual no debe

descender la iluminancia promedio en el área especificada. Es la iluminancia promedio en el periodo

en el que debe ser realizado el mantenimiento. También se le conoce como iluminancia media

mantenida.

(RETILAP, 2010, pág. 19).

Incluso el factor de mantenimiento tiene en cuenta la depreciación lumínica, ya que esta es la

“disminución gradual de emisión luminosa durante el transcurso de la vida útil de una fuente

luminosa” (RETILAP, 2010, pág. 17).

Esto quiere decir que el factor de mantenimiento , es una razón entre iluminancia después de un

tiempo de uso, y la iluminación en su estado inicial , de modo que el factor de

mantenimiento se puede expresar como se ve en la ecuación (1.15)

Ecuación 1.15: Factor de Mantenimiento.

“Todo diseño de un sistema de iluminación debe considerar el factor de mantenimiento” (RETILAP,

2010, pág. 97).

El factor de mantenimiento desde el punto de vista de diseño se puede considerar como el

sobredimensionamiento que se debe considerar en los valores iníciales de iluminancia horizontal de

la edificación, para poder cumplir con los valores de iluminancia promedio horizontal mínimos

mantenidos durante su funcionamiento.


Por otro lado “el factor de uniformidad de iluminancia es la medida de la variación de la iluminancia

sobre un plano dado, expresada mediante la relación de la iluminancia mínima y la máxima

, como la relación entre la iluminancia mínima y la promedio ”




1.7.12. Tecnología LED.

Propiedades de los LED

Los LED (Light Emitting Diodes) son elementos semiconductores que transforman directamente la

energía eléctrica en luz mediante electroluminiscencia. La robustez, una larga duración y una elevada

eficacia luminosa con un potencial de incremento adicional son propiedades destacadas de los LED.

LED de color blanco cálido

“La distribución espectral relativa de los LED de color blanco cálido con conversión de

luminiscencia se corresponde bien con la sensibilidad luminosa relativa de los conos del ojo humano.

De ello resulta una buena eficacia luminosa, así como una buena reproducción cromática” (ERCO,

2013).

LED RGB

“Los LED RGB son idóneos para la mezcla de luz de color alta mente saturada. Sin embargo, la luz

blanca de los LED RGB no posee una calidad de reproducción cromática satisfactoria, por lo tanto,

está menos indicada para tareas de iluminación en las que el color sea prioritario” (ERCO, 2013).

LEDRGBW

“La combinación de LED RGB con LED de color blanco cálido es una de las ventajas de ambos

sistemas. Las luminarias RGBW generan, por un lado, tonos de blanco variables a lo largo de la

curva de Planck con una excelente reproducción cromática y, por otro lado, luz de color en tonos

pastel hasta en las gamas altamente saturadas” (ERCO, 2013).

1.7.12.1. Características y Ventajas de los LED

“El crecimiento de la curva eficiencia de los LED supera todos los límites en materia de reducción y

de control de la energía consumida por una instalación de iluminación. Luminarias para aplicaciones

en las que los LED pueden generar una reducción significativa del consumo energético al mismo

tiempo que ofrecen un rendimiento óptimo. El impacto medio ambiental más importante reside en su

fase de utilización y más específicamente en la energía consumida. La energía es realmente el factor

esencial sobre el que hay que actuar menos energía para un mayor rendimiento”

(Screder, 2005).

“Los innovadores LED y módulos LED aparecen cada vez con más fuerza en la señalización,

iluminación y la publicidad luminosa. Frente a la tecnología tradicional, los LED presentan las

ventajas relevantes” (Dietad, 2004).

“La ventaja principal de los LED es su elevada eficacia. En las bombillas incandescentes

convencionales el proceso de producción de la luz implica la generación de mucho calor

(calentamiento del filamento). Esto supone una energía totalmente perdida puesto que no convierten

la mayor parte de la energía disponible en luz visible. Por otra parte, los LED generan relativamente

poco calor. Un porcentaje mucho más alto de la corriente eléctrica en el LED se dedica directamente

a la generación de la luz, reduciendo perceptiblemente demandas de la alimentación”

(ARROW IBERIA Electrónica, 2008).

Alta eficiencia energética: “Los LED utilizan solo el 10% de la electricidad requerida para alimentar

las bombillas incandescentes tradicionales y despiden menos calor para producir una cantidad de luz

similar, su eficiencia se aproxima a la de los tubos fluorescentes” (ARROW IBERIA Electrónica,

2008).



Extremadamente duraderos: “típicamente diez años, dos veces más que los mejores tubos

fluorescentes y veinte veces más que las mejores bombillas incandescentes” (ARROW IBERIA

Electrónica, 2008).

“La fiabilidad del estado sólido” (ARROW IBERIA Electrónica, 2008).

“Casi indestructible” (ARROW IBERIA Electrónica, 2008).

“Insensibles a choques y vibraciones” (ARROW IBERIA Electrónica, 2008).

Añaden seguridad: “las lámparas permanecen típicamente frías para poder tocarlas y funcionan a

relativamente baja tensión” (ARROW IBERIA Electrónica, 2008).

Rápido encendido: “Su encendido ocurre de forma muy rápida” (ARROW IBERIA Electrónica,

2008).

“Tamaño compacto” (ARROW IBERIA Electrónica, 2008).

“Capaz de emitir luz de un intenso color sin el uso de filtros de colores” (ARROW IBERIA

Electrónica, 2008).

“La forma del encapsulado del LED permite que la luz se pueda enfocar. Las fuentes incandescentes

y fluorescentes requieren a menudo un reflector externo para recoger la luz y dirigirla de una

manera útil” (ARROW IBERIA Electrónica, 2008).

“Su fallo se produce por la reducción progresiva de la luminosidad a lo largo del tiempo, en lugar

del fundido repentino de las bombillas incandescentes” (ARROW IBERIA Electrónica, 2008).

1.7.13. Viabilidad Legal, Técnica y Económica del Proyecto

Como parte del diseño a continuación se muestran las viabilidades consideradas para la puesta en marcha del

presente proyecto, ya que sus resultados apoyan o inhiben el diseño planteado.

Viabilidad Legal: Su estudio tiene como fin decidir si el proyecto legalmente se puede llevar a cabo,

es decir, si el objeto del proyecto no tiene problema alguno en llevarse a cabo, o si por el contrario

existe una normatividad vigente que lo regule, en dado caso se el proyecto tendría que asegurar que

cumpla con la normatividad vigente.

Viabilidad Técnica: El estudio de esta viabilidad es de vital importancia ya que determina si el

proyecto es posible llevarlo a cabo de acuerdo al alcance tecnológico que se tenga y también si es

conveniente hacerlo, por otro lado involucra el ámbito se la seguridad, ya que de acuerdo a su

envergadura el proyecto puede ser o no viable técnicamente. De igual modo es posible obtener la

forma más sencilla y eficiente de llevar a cabo el proyecto.

Viabilidad Económica: La viabilidad económica se mide por la rentabilidad, el concepto global de

rentabilidad de algo, es la capacidad de producir o generar un beneficio sobre una inversión o

esfuerzo realizado. No obstante la rentabilidad económica mide la tasa de cambio entre lo producido

y la inversión realizada para tal producción.

1.7.14. Amortización de un Proyecto

1.7.14.1. Generalidades

Se entiende por amortización el periodo en el cual se paga o cancela una deuda adquirida mediante

pagos que se realizan periódicamente que pueden ser en plazos iguales o diferentes.

Las tablas de amortización llegan a ser una herramienta muy útil ya que permiten realizar el

seguimiento en cuanto a compromisos financieros pretende.



“las tablas de amortización y capitalización son herramientas muy útiles que permiten hacer

seguimiento a los compromisos financieros. Estas tablas en general tienen cinco columnas en las

cuales se consigna para cada periodo el pago, el interés causado, el pago y saldo de capital”.

(CASTAÑO, 2012)

1.7.14.2. Características de un sistema de amortización

Un sistema de amortización es considerado cuando el Valor del préstamo ( ) se devuelve en

cuotas 1,A2,A3,…,An, que no siempre son iguales y que se pagan en periodos de tiempo

igualmente espaciados, “la unidad de tiempo es el lapso entre dos cuotas consecutivas, el origen del

tiempo es el momento del préstamo; es decir, en =0 y la k-ésima cuota en = ; además, es la tasa

de interés efectiva en el período unitario”. (CASTAÑO, 2012)

Cada una de las cuotas se compone de dos partes:

= +

Ecuación 1.16: Composición básica de una cuota.

“Donde se conoce como la cuota de amortización de capital e es la cuota de interés. La suma

de las cuotas de amortización de capital son iguales al préstamo” (CASTAÑO, 2012), es decir:

= 1+ 2+⋯+

Ecuación 1.17: Cuota de amortización a capital.

“Por otra parte, se puede afirmar que la cuota de Interés del periodo se calcula como el interés

sobre las cuotas de amortización de capital, aun no pagadas, matemáticamente” (CASTAÑO, 2012),

como lo muestra en la ecuación (1.18):

= ( + 1+⋯+ )

Ecuación 1.18: Cuota de amortización a interés.

“De esta forma se puede afirmar que en cada pago, el deudor paga una parte del capital prestado

y una parte a los intereses sobre el capital aun adeudado ( ). En particular, al momento de haber

pagado la k-ésima cuota, el monto adeudado del préstamo es” (CASTAÑO, 2012):

− ( 1+ 2+⋯+ )= ( 1+ 2+⋯+ ); <

Lo cual coincide con el valor actual de las cuotas que restan pagar:

Ecuación 1.19: Cuotas por pagar.

Se debe resaltar que la deuda finaliza al momento en que se efectuá el pago de la última cuota de

amortización de capital ya que de esta forma el préstamo se efectúa por completo ( ) y esto implica

que ya no se generarían más intereses que cobrar la tabla de amortización la componen cinco

columnas la primera muestra el periodo, en la segunda, tercera y cuarta se consignan el pago, el



interés y cuota de amortización de capital respectivamente, para el periodo; finalmente la quinta

columna se reserva para el saldo de capital. Para ampliar la información se recomienda ver el anexo

(7.10), en él se encontrara la tabla de amortización del presente proyecto.



CAPÍTULO 2

RECOPILACIÓN Y ANÁLISIS DE LA INFORMACIÓN

El Distrito Capital cuenta con la Red de Monitoreo de Calidad del Aire de Bogotá (RMCAB), que permite

recolectar información sobre la concentración de contaminantes de origen antropogénico y natural y el

comportamiento de las variables meteorológicas que regulan la distribución de los mismos en la atmósfera

Bogotana. (Red de Monitoreo de la Calidad del Aire en Bogotá, 2014, pág. 1)

Los datos recolectados en distintos sitios de la ciudad se reciben en una estación central donde se someten a

un proceso de validación final y posterior análisis con el fin de evaluar el cumplimiento de los estándares de

calidad de aire en Bogotá dados por la Resolución 610 del 24 de marzo de 2010 expedida por el entonces

Ministerio de Ambiente, Vivienda y Desarrollo Territorial (MAVDT). Además resulta información base para

la definición de las políticas de control de la contaminación y de la gestión ambiental. (Red de Monitoreo de

la Calidad del Aire en Bogotá, 2014, pág. 1)

La Red de Monitoreo de Calidad del Aire de Bogotá, la conforman 16 estaciones, entre ellas una móvil,

ubicadas en puntos estratégicos de la ciudad, las cuales monitorean varios parámetros meteorológicos entre

ellos la velocidad y dirección del viento, los únicos informes que se pudieron recopilar vía web fueron los de

los años 2006, 2010, 2011 y 2012.

2.1. Información recolectada.

Del informe del año 2006, solo se encontró un fragmento, justamente donde se ve una gráfica de la velocidad

del viento en Cazucá, es de anotar que la estación meteorológica que oporto los datos nunca se situó en Altos

de Cazucá, ya que su dirección la ubicada en la localidad de Ciudad Bolívar con direcciones (CL 14 # 6-54

“Entrada 1 Cazucá” alrededores de Cazucá), pero nunca en los Altos de Cazucá, es decir los datos no fueron

tomados a la altura geográfica a la cual se piensa hacer el diseño del sistema de generación eólica, ello indica

un mejor panorama para el perfil de vientos esperado.

Por otro lado en los informes encontrados para los años (2010, 2011, 2012), no aparecen registros de que en

estos años existió una estación meteorológica en Altos de Cazucá o en sus alrededores, no obstante la

RMCAB muestra el comportamiento del viento tanto en dirección como en magnitud en la ciudad de Bogotá,

estos son discretizados por meses y franjas horarias, de esta forma se pudo aproximar el comportamiento de

los vientos en Altos de Cazucá, para las 4 franjas horarias del día, en promedio para cada mes del año o

trimestre, esto según el informe.

En el anexo (7.1) se muestra el fragmento del informe hallado para el año 2006, en él se enseña una gráfica

comparativa de la velocidad promedio diaria para el año 2006 de las estaciones meteorológicas con las que

contaba la RMCAB, entre estas estaciones meteorológicas la número 7 se encontraba ubicada en Cazucá, y

cuya Figura se señala con color rojo constante, en ella se aprecia que de la 1 pm a las 4 pm se tienen las

velocidades promedio más altas con respecto a las otras horas del día, lo cual indica que la mayor energía

disponible de la velocidad del viento está en las horas de 1 pm a 6 pm, además esta franja obtuvo la velocidad

promedio máxima respecto a las otras franjas horarias de los demás informes consultados. Los datos de

velocidad promedio por meses se muestran iguales para cada franja horaria, puesto que la información no fue

lo suficientemente amplia para obtener una aproximación mejor para cada mes, finalmente toda la

información de este informe se resume en la tabla (7.1).



El informe para el año 2010 fue encontrado por trimestres, ya que así fue su publicación para este año, en

primer lugar se encontraron 4 mapas de la velocidad y dirección promedio del viento, discretizan para los tres

primeros trimestres las cuatro franjas horarias del día, se encontraron los mapas de la velocidad promedio

diaria para los meses de Enero, Febrero y Marzo, no obstante en todos estos mapas se muestra la velocidad y

dirección promedio del viento, esto tal y como se ve en el anexo (7.2).

La información del anexo (7.2) es resumida en la tabla (7.2) dando como resultado la velocidad promedio

anual y por franjas horarias, de esta forma se aprecia la notoria disminución en la velocidad promedio tanto

anual como en las cuatro franjas horarias.

El informe del año 2011, muestra una información completa respecto a la velocidad y dirección promedio del

viento en cada trimestre del año y discretizada en las cuatro franjas horarias del día. Sus valores se encuentran

en la tabla (7.3), no obstante para este año la velocidad promedio en la franja horaria número 3 aumento

respecto al promedio de la del año anterior, de igual manera este año también registro el valor más bajo de

velocidad promedio, con respecto a los demás años, su promedio anual disminuyo con respecto al del año

pasado.

El informe del año 2012 muestra los mapas de la velocidad y dirección promedio del viento para los cuatro

trimestres de este año, por otra parte el valor promedio de la franja horaria número 3 disminuyo, con respecto

a la del año anterior, pero la franja número 1 aumento en promedio 0.3 (m/s). El promedio de velocidad para

el mes de Julio aumento considerablemente respecto al promedio de mes de Julio del año 2011, del mismo

modo estos mapas se muestran en el anexo (7.4), y se adjunta los intervalos de vientos promedio con su

respectivo color que lo identifica, por otro lado se muestra el resumen de la velocidad promedio del viento en

la tabla (7.4).

La tabla (7.5) muestra la velocidad promedio de los 4 años recopilados, la franja horaria número 3 mantiene la

mayor velocidad promedio respecto a las otras franjas horarias, del mismos modo el promedio de velocidades

de la franja 1 es de 1.63 (m/s), lo cual es un criterio importante a la hora de decidir la velocidad de arranque

de Aerogenerador, la cual se tratara más adelante.

No obstante cada dato de las franjas horarias está identificado con un color, lo cual lo clasifica en un intervalo

de velocidades que es importante para aplicar el análisis del viento por medio de la ley de distribución de

velocidades de Weibull que se mostrara más adelante, así mismo para cada año tabulado se muestra su

velocidad promedio mínimo y máxima, la cual se identifica con color verde manzana para las velocidades

mínimas respecto a los demás años, y de color rojo para las velocidades máximas con respectos a los otros

años, en forma de conclusión se entrega un promedio de la velocidad en cada franja horaria y un promedio de

velocidad anual, todo esto según los informes recopilados.

2.2. Análisis de la velocidad del viento por medio de la ley de distribución de la

velocidad del viento de Weibull

El conocimiento de la ley de distribución de la velocidad del viento permite calcular su potencial energético y

la energía anual que puede producir un aerogenerador. Esta ley, para un lugar y una altura sobre el nivel del

suelo, “expresa el comportamiento de las velocidades para un año “medio” o “tipo”, por lo que los valores

para un año en particular pueden diferir de los calculados a partir de la misma” (López, 2013, pág. 66).

El análisis estadístico de la velocidad del viento en Altos de Cazucá, se evaluó por medio de la ley de

Distribución de la Velocidad del Viento de Weibull, puesto que su aplicación es bastante clara y además

brinda la posibilidad de conocer datos vitales para el desarrollo del presente proyecto, como lo son; la

velocidad media la cual es el primer dato con el que empezaremos este diseño, la velocidad del viento a una

altura deseada la cual es de gran ayuda ya que es posible calcular la velocidad promedio a la altura de Altos



de Cazucá, el cubo de la velocidad promedio, la cual es útil para calcular el potencial Eólico disponible en

Altos de Cazucá.

“En la mayoría de los casos de interés energético, la distribución de probabilidad de la velocidad del viento,

sigue aproximadamente la función de densidad de probabilidad de Weibull” (López, 2013, pág. 66), tal

como lo muestra la ecuación (2.1).

Ecuación 2.1: Función de densidad de probabilidad de Weibull.

Dónde:

= Velocidad del Viento (m/s)

= Función densidad de probabilidad de Weibull.

= Factor de escala (m/s), valor próximo a la velocidad media anual.

= Factor de forma que caracteriza la asimetría o sesgo de la función.

Se conocen como los parámetros de Weibull a los factores y , con estos parámetros que es posible

determinar la velocidad media, la velocidad a un altura deseada, el cubo de la velocidad media, la cual es útil

para calcular la potencia disponible es el sitio de emplazamiento, entre otros, para determinar los parámetros

de Weibull se debe aplicar los pasos 1, 2, 3 para luego encontrar las expresiones que ayudaran a obtener de

manera aproximada los parámetros.

1) Los valores de velocidad se agrupan en intervalos de velocidad, cuya cantidad y disposición de

intervalos dependerá de la cantidad y frecuencia de muestreo de los mismos, luego se asigna a cada

intervalo el número de datos que agrupa este intervalo, este paso se conoce como la frecuencia

absoluta, de modo que la suma de todas las frecuencia absolutas dará como resultado el total de los

datos disponibles.

2) Después de haber obtenido la frecuencia absoluta de cada intervalo, se divide cada valor de

frecuencia entre la totalidad de datos, obteniendo de esta manera la frecuencia relativa para cada

intervalo, de modo que la suma de todas las frecuencias relativas deberá ser 1.

3) Una vez obtenida la frecuencia relativa de cada intervalo, se obtiene la frecuencia acumulada de

todos los intervalos de velocidades, la cual se obtiene sumando de manera progresiva la frecuencia

relativa de cada intervalo.

La ley de Distribución de la Velocidad del viento de Weibull se conoce como una función de densidad de

probabilidad, que describe el comportamiento de una variable aleatoria (en este caso el viento), la cual se ve

definida por una recopilación de datos previamente analizados, (López, 2013) afirma. “Si se conocen la

velocidades medias diezminutales, semihorarias u horarias para un año se aplica el método de los mínimos

cuadrados para encontrar los parámetros de Weibull” (p.76).

Para poder determinar la ecuación de la recta que describe la regresión lineal de los datos, se aplican los pasos

(a, b, c):

a) Dado que la ecuación de una recta es de la forma:

Ecuación 2.2: Ecuación de una recta.



b) Se procede a calcular su pendiente por medio de la ecuación (2.3):

Ecuación 2.3: Pendiente de la recta de regresión lineal.

c) Luego se calcula el punto de corte con el eje Y, tal y como lo muestra la ecuación (2.4):

Ecuación 2.4: Cruce por cero de la recta de regresión lineal.

De los anteriores pasos se obtiene la ecuación de la recta de regresión lineal que describe el comportamiento

del viento, luego se calculan los parámetros de Weibull ( y ) mediante las ecuaciones (2.5) y (2.6):

Ecuación 2.5: Factor de forma de la Ley de Weibull.

Ecuación 2.6: Factor de escala de la Ley de Weibull.

Donde es el factor de forma y es el factor de escala de la densidad de probabilidad del viento, una vez

obtenidos los parámetros de Weibull, se procede a calcular la velocidad media en el sitio de emplazamiento,

de acuerdo a la ecuación (2.7):

Ecuación 2.7: Velocidad media del viento por medio de los parámetros de Weibull.

Dónde:

= Es la función gamma

= Factor de escala

= Factor de Forma

La función gamma es ampliamente utilizada en funciones de probabilidad ya que es una función continua

utilizada para modelar variables aleatorias como el viento cuya densidad de ocurrencia tienden a estar dentro

de rangos definidos, esta función sin importar el valor a evaluar, siempre tomara valores en un intervalo de

entre (0.88565) a (1). Al ser una función ya definida es posible evaluarla en Matlab, Digitando “gamma (x)”,

donde x para este caso estaría dada .

Otro de los datos importantes que se pueden obtener a partir de los parámetros de Weibull es la velocidad

promedio aproximada a una altura deseada, para ello se procede como lo muestra la ecuación (2.8):

Ecuación 2.8: Factor de desviación.



Ecuación 2.9: Factor de escala a la altura deseada.

Ecuación 2.10: Factor de forma a la altura deseada.

Dónde:

= Factor de desviación.

= Altura inicial del estudio del viento.

= Factor de escala a la altura inicial.

= Altura del perfil de velocidades deseado.

= Factor de escala a la altura deseada.

= Factor de forma a la altura inicial de estudio.

= Factor de forma a la altura deseada.

Finalmente para obtener la potencia disponible en el sitio de emplazamiento es necesario determinar el cubo

de la velocidad promedio, como lo muestra la ecuación (2.11):

Ecuación 2.11: Cubo de la velocidad promedio.

Dónde:

= Es la función gamma

= Factor de escala

= Factor de Forma

Dadas las tablas (7.1, 7.2, 7.3 y 7.4), del anexo (7.5), se agrupan todos los datos de velocidad en intervalos de

0.5 , cada intervalo se identificó con un color característico. En la tabla (2.1) se calcularan los

parámetros de Weibull según los datos recopilados.



Tabla 2.1 “Calculo de los Parámetros de Weibull en base al anexo (7.5)”

Fuente: (Autores)

La tabla (2.1) muestra los intervalos de velocidad escogidos de acuerdo a la información recolectada, dado a

la disponibilidad de los datos se opta por dejar intervalos de velocidades de 0.5 cada uno, de manera

que el primer intervalo empezó con las velocidad de 1 a 1.5 , el total de los datos recopilados fue de 192

datos.

Con los resultados de la tabla (2.1) se procede a calcular la regresión lineal para los datos recopilados de la

siguiente forma:

Dado que la ecuación de una recta es de la forma:

La pendiente de la ecuación (2.3) estará dada por la ecuación (2.13).

Ecuación 2.12: Pendiente de la recta de regresión lineal predispuesta según los informes

consultados.

Luego de acuerdo a la ecuación (2.4) se calcula el punto de corte con el eje Y, tal como se ve en la ecuación

(2.13):

Ecuación 2.13: Cruce por cero de la recta de regresión lineal.

El factor de forma se calcula en la ecuación (2.14) de modo que:

Ecuación 2.14: Factor de forma de los informes consultados.

El factor de escala se evalúa por medio de la ecuación (2.15).

Intervalo de

Velocidades

(m/s)

Frecuencia

Absoluta

Frecuencia

Relativa (f)

Frecuencia

Acumulada

(F)

Y=

Ln(-Ln(1-F))

X=

Ln(v)f*X f*Y f*X*Y f*(X^2)

1.5 30 0.156 0.156 -1.773 0.405 0.063 -0.277 -0.112 0.026

2 60 0.313 0.469 -0.458 0.693 0.217 -0.143 -0.099 0.150

2.5 18 0.094 0.563 -0.190 0.916 0.086 -0.018 -0.016 0.079

3 21 0.109 0.672 0.108 1.099 0.120 0.012 0.013 0.132

3.5 21 0.109 0.781 0.419 1.253 0.137 0.046 0.057 0.172

4 24 0.125 0.906 0.862 1.386 0.173 0.108 0.149 0.240

4.5 18 0.094

Suma de

datos192 1 1 N/A N/A 0.796 -0.273 -0.008 0.798

Datos Recopilados Cálculos Pertinentes



Ecuación 2.15: Factor de escala de los informes consultados.

De acuerdo a la ecuación (2.7) la velocidad promedio estaría dada de la siguiente manera:

Ecuación 2.16: Velocidad promedio según los informes consultados.

La ecuación (2.16) muestra la velocidad media calculada a partir de los datos recopilados, a continuación se

determinara la velocidad promedio en Altos de Cazucá.

2.3. Velocidad promedio en Altos de Cazucá.

Es de anotar que la velocidad promedio hallada en la ecuación (2.16) corresponde a los datos recopilados de

los respectivos informes recopilados, cuyas estaciones meteorológicas se encontraban ubicadas

aproximadamente a la altura de Bogotá, es importante resaltar que Altos de Cazucá es uno de los sitios

geográficos más altos de la ciudad de Bogotá, según el Instituto Agustín Codazzi la altura de Altos de Cazucá

oscila alrededor de los 3100 metros sobre el nivel del mar, lo que en promedio la ubicaría 400 metros sobre la

altura de la ciudad de Bogotá, esto indica que el perfil real de velocidades del viento es mucho mayor que el

calculado, asimismo en el informe presentado por la RMCAB para el año 2006, se muestra que la velocidad

promedio en Cazucá era de 4.5 (m/s) lo que no se registra en ninguno de los otros informes recopilados, como

se dijo anteriormente la estación meteorológica que arrojo los datos no estaba propiamente localizada en Altos

de Cazucá-Cundinamarca. Para el presente proyecto se decide calcular la velocidad promedio a una altura de

400 metros, por medio de los parámetros de Weibull, asumiendo que ese es el perfil de velocidades en Altos

de Cazucá, de modo que la velocidad promedio en el sitio de emplazamiento estará dada por la ecuación

(2.17, 2.18 y 2.19)

En primer lugar se calcula el factor de desviación, tal como se muestra en la ecuación (2.17):

Ecuación 2.17: Factor de desviación según los datos Consultados.

Seguidamente se procede a calcular el factor de escala para una altura de 400 metros, tal como se muestra en

la ecuación (2.18)

Ecuación 2.18: Factor de desviación en Altos de Cazucá.



De igual forma se calcula el factor de forma, de acuerdo a la ecuación (2.19):

Ecuación 2.19: Factor de forma en Altos de Cazucá.

Finalmente se calcula la velocidad promedio con los nuevos parámetros de Weibull hallados, de modo que la

velocidad promedio en Altos de Cazucá, queda como se ve expresada en la ecuación (2.20):

Ecuación 2.20: Velocidad promedio en Altos de Cazucá.

De esta forma se obtiene que la velocidad promedio en Altos de Cazucá es de 6.81 , el cual es un buen

indicador y da un indicio de que el perfil de velocidades en Altos de Cazucá es importante.

Por otra parte como base y comparación de este estudio se tienen los datos tomados por la estación

meteorológica PEGASUS 201, ubicada sobre el auditorio Gustavo Camacho de la Universidad Distrital

Facultad Tecnológica, los datos recopilados fueron desde el primero de Diciembre, hasta el 31 de Diciembre

del año 2013, los datos recopilados arrojan la velocidad del viento diezminutalmente. Con esta fuente de datos

y por medio de la Ley de Distribución de Velocidades del Viento de Weibull se pudo determinar la velocidad

promedio a una altura aproximada de 10 metros, sobre el nivel del suelo de la Facultad Tecnológica.

A continuación se muestran el análisis a los datos de velocidad promedio del viento de la estación

meteorológica PEGASUS 201.



Tabla 2.2 “Calculo de los Parámetros de Weibull de los datos de la estación meteorológica

PEGASUS”

Fuente: (Autores)

La tabla (2.2) muestra los intervalos de velocidad escogidos de acuerdo a la información recolectada, dado a

la disponibilidad de los datos se opta por dejar intervalos de velocidades de 0.5 (m/s), de manera que el primer

intervalo de velocidades es de 1 a 1.5 , el segundo de 1.5 a 2 y así sucesivamente hasta llegar al

intervalo de 7 a 7.5 , el total de datos recopilados fue de 6108.

Con los cálculos pertinentes de la tabla (2.2), se procede a calcular a la regresión lineal de los mismos, esto tal

y como se muestra a continuación.

Dado que la ecuación de una recta es de la forma:

La pendiente de la regresión lineal estará dada por la ecuación (2.21).

Ecuación 2.21: Pendiente de la regresión lineal para los datos de la estación PEGASUS

Dado ello se calcula el punto de corte con el eje Y, de acuerdo a la ecuación (2.22).

Ecuación 2.22: Cruce por Cero de la regresión lineal para los datos de la estación PEGASUS

El factor de forma se calcula de la ecuación (2.21) de modo que:

1.5 380 0.06 0.06 -2.7452 0.4055 0.0252 0.0102 -0.1708 -0.0692

2.0 270 0.04 0.11 -2.1847 0.6931 0.0306 0.0212 -0.0966 -0.0669

2.5 272 0.04 0.15 -1.8101 0.9163 0.0408 0.0374 -0.0806 -0.0739

3.0 258 0.04 0.19 -1.5387 1.0986 0.0464 0.0510 -0.0650 -0.0714

3.5 250 0.04 0.23 -1.3215 1.2528 0.0513 0.0642 -0.0541 -0.0678

4.0 248 0.04 0.27 -1.1357 1.3863 0.0563 0.0780 -0.0461 -0.0639

4.5 306 0.05 0.32 -0.9345 1.5041 0.0754 0.1133 -0.0468 -0.0704

5.0 398 0.07 0.39 -0.7047 1.6094 0.1049 0.1688 -0.0459 -0.0739

5.5 582 0.10 0.49 -0.4093 1.7047 0.1624 0.2769 -0.0390 -0.0665

6.0 1036 0.17 0.65 0.0619 1.7918 0.3039 0.5445 0.0105 0.0188

6.5 1384 0.23 0.88 0.7573 1.8718 0.4241 0.7939 0.1716 0.3212

7.0 672 0.11 0.99 1.5615 1.9459 0.2141 0.4166 0.1718 0.3343

7.5 52 0.01 1.00

Suma Total 6108 1.00 N/A N/A 1.5354 2.5761 -0.2910 0.0504

f*(X^2) f*Y f*X*Y

Calculos Pertinentes

Frecuencia

Acumulada (F)

Frecuencia

Absoluta

Frecuencia

Relativa (f)

Datos Recopilados

Intervalo (m/s)Y=

Ln(-Ln(1-F))

X=

Ln(v)f*X



Ecuación 2.23: Factor de forma dado los datos de la estación PEGASUS.

El factor de escala se evalúa por medio de la ecuación (2.24) de la siguiente forma:

Ecuación 2.24: Factor de escala dado los datos de la estación PEGASUS.

La velocidad promedio estaría dada de acuerdo a la ecuación (2.25).

Ecuación 2.25: Velocidad promedio dado los datos de la estación PEGASUS.

De la ecuación (2.25) se obtiene que la velocidad promedio sobre el auditorio de la Facultad Tecnológica es

de 5.38 (m/s), este valor es bastante alto en comparación con los promediados para los diferentes informes

presentados por la RMCAB, no obstante este valor es un punto de referencia ya que indica que el flujo de aire

en las laderas de Altos de Cazucá es bastante bueno y es razonable aproximar que en Altos de Cazucá se

podría contar con un flujo del aire del orden de los 6.8 (m/s).

2.4. El cubo de la velocidad promedio en Altos de Cazucá ( )

El cubo de la velocidad promedio es uno de los datos que se pueden obtener de la Ley de Distribución de la

Velocidad del Viento de Weibull, y es un dato crucial para determinar el Potencial Eólico o Potencia

disponible en el sitio de emplazamiento. El cubo de la velocidad promedio se calcula por medio de los

parámetros de Weibull y de la función gamma, esta velocidad se calcula por medio de la ecuación (2.11).

En la ecuación (2.26) se calcula el cubo de la velocidad promedio en Altos de Cazucá.

Ecuación 2.26: Cubo de la velocidad promedio en Altos de Cazucá.

La potencia disponible en Altos de Cazucá se calcula por medio de la ecuación (2.27) como se expresa a

continuación:



Ecuación 2.27: Potencia disponible en Altos de Cazucá.

De la ecuación (2.27) se evidencia muestra que la potencia disponible en el sitio de emplazamiento es

directamente proporcional al radio de las hélices de la Aeroturbina, de modo que el radio de las hélices no es

un valor que se puede dar a la zar o bajo una suposición, el diseño del sistema de Aerogeneración busca dar

una solución eficiente a la falta de iluminación exterior, ello implica asegurar que la potencia extraíble del

viento sea la suficiente para suplir las necesidades de iluminación.

En los siguientes capítulos se evaluara las necesidades lumínicas, componentes necesarios del sistema donde

se determinara la potencia necesaria para el óptimo funcionamiento del sistema de Aerogeneración.



CAPÍTULO 3

EVALUACIÓN DE LAS NECESIDADES LUMÍNICAS

La falta de iluminación sobre la vía publica contribuye al aumento de la inseguridad sobre la misma, es por

ello que en este capítulo se explica la forma en la cual se evaluó la necesidad lumínica del predio a iluminar y

se diseña el sistema de iluminación que suple con la necesidad de iluminación cumpliendo con los criterios de

iluminación e uniformidad establecidos por el RETILAP. Se realizó un registro fotográfico del estado actual

de la iluminación sobre las vías y andenes que colindan con el predio comercial, además se llevaron a cabo las

medidas de iluminancia sobre la vías principal y secundaria junto con sus respectivos andenes, esto con el fin

de conocer la iluminancia promedio sobre las vías y andenes, finalmente se diseñó el sistema de iluminación

exterior del predio comercial cumpliendo con los criterios dispuestos por el RETILAP.

3.1. Estado actual de la iluminación al exterior del predio comercial.

Con el fin de determinar la iluminancia media sobre las vías, se optó por solicitar el Luxómetro digital, marca

EXTECH (RefHD 450) que el laboratorio de Electricidad de la Universidad Distrital, “Facultad Tecnológica”

puso a disposición, con este equipo se realizó la prueba de iluminancia promedio sobre la calzada principal,

secundaria y los respectivos andenes del predio comercial, la prueba consistió en grabar los valores de

iluminancia tomados a lo largo y ancho de las vías que colidan el predio comercial, tal como lo muestra el

anexo (7.8), de forma continua y en tiempo real, luego se exportaron estos datos donde fueron promediados

arrojando como resultado la tabla (3.1), en ella se especifica la iluminancia promedio para cada vía y anden

del predio comercial.

Tabla 3.1 “Iluminancia promedio de cada vía y anden del predio comercial”

Fuente: (Autores)

Con el fin de constatar el estado actual de la iluminación al exterior del predio comercial, en el anexo (7.6) se

muestra el registro fotográfico de la zona, en él se ve el déficit lumínico al exterior del perdió comercial, es

importante resaltar que las fotos fueron tomadas entre las 7 pm y 8 pm, cuando los establecimientos aún se

encontraban abiertos, este factor es clave ya que en este sitio los establecimientos públicos aportan gran parte

de la iluminación a la vía pública, no obstante estos cierran aproximadamente a las 9 pm, es decir que después

de esta hora, la vía no tendrá el mismo espectro visible. En el registro fotográfico se nota que para poder

MEDIDA LUX

VÍA PRINCIPAL 7.69

VÍA SECUNDARIA 7.00

ANDEN 1 VÍA PRINCIPAL 3.64

ANDEN 2 VÍA PRINCIPAL 2.28

ANDEN VÍA SECUNDARIA 3.76

ILUMINANCIA PROMEDIO



identificar el predio, hubo la necesidad de encender la luminarias del mismo para identificarlo de entre la

oscuridad, por otra parte para el día en que se realizó este registro fotográfico, una de las luminarias de

alumbrado público en la calzada principal se encontraba fuera de funcionamiento, esta luminaria se identifica

en el plano arquitectónico mostrado en la hoja (5) del anexo (7.11), en él se detalla las dimensiones del predio

comercial, juntos con sus andenes y calzadas a iluminar, por otro lado se especifica la ubicación y estado de

las luminarias el día de la prueba realizada al exterior del predio comercial.

La figura (7.15) muestra la falta de iluminación al exterior del predio comercial, junto con los sitios menos

iluminados alrededor del mismo, se puede observar que el sitio menos iluminado y por ende más propenso a

la inseguridad es en la parte lateral que colinda con la vía secundaria del predio.

Los niveles de iluminancia mínima mantenida sobre una vía, van de acuerdo a la clase de iluminación que

aplique para dicha vía, de igual modo esta clase de iluminación depende de la disposición y dimensiones de la

vía a iluminar. Con el fin de determinar las dimensiones de las calzadas se consultó la página web de la

Secretaria Distrital de Planeación, en su link de “Sistema de información de Norma Urbana y Plan de

Ordenamiento Territorial SINUPOT”, se determinaron las dimensiones de la vía principal y secundaria sobre

las que está ubicado el predio comercial, estas dimensiones se muestran en la figura (3.1).

Figura 3.1 “Anchura de las calzadas con las que colinda el predio comercial” Tomado de (Secretaria Distrital de Planeacion)



Figura 3.2 “Plano Arquitectónico del predio” Fuente (Autores)

En la figura (3.1) se puede apreciar que la calzada de la vía principal es de aproximadamente 7.9 metros de

ancha y la calzada de la vía secundaria es de aproximadamente 4.7 metros.

De acuerdo a las medias estándar de ancho de la calzada y andenes, la norma 6.1 Sistema de alumbrado

público, la norma es muy clara y clasifica la vía principal sobre la que se encuentra el predio comercial como

una vía de tipo V7 y la vía secundaria como V8, de igual modo añade que las vías deberán mantener un nivel

de iluminación M5 (CODENSA, 2013).

En la figura (3.2) se muestra el plano arquitectónico del sitio, de igual modo este plano de adjunto en el anexo

(7.11).

El anexo (7.6) presenta un registro fotográfico del estado actual de la calzada de las vías que limitan el predio

comercial, estas vías fueron cubiertas por asfalto hace varios años, por otro lado El RETILAP establece que;

“las calzadas con superficies en asfalto de varios meses de uso o superficies de textura bastante pulimentada

tiene una clase de superficie R4” (RETILAP, 2010, pág. 147).

De acuerdo a lo establecido anteriormente, las dos vías que limitan el predio comercial se clasifican con un

nivel de iluminación M5, además “Cuando se haya establecido que en determinadas zonas se ha incrementado

o se pueda incrementar la criminalidad, la clase de iluminación podrá ser uno o dos grados superior a la

resultante de aplicar la tabla” (RETILAP, 2010, pág. 120), según las encuestas publicadas por la Cámara de

Comercio de Bogotá (Cámara de Comercio de Bogotá, 2012), la localidad de Ciudad Bolívar, registró un

índice de hurto a personas del 4% del total en la Ciudad de Bogotá, para el año 2012. Altos de Cazucá-

Cundinamarca, ubicado en la Localidad de Ciudad Bolívar Sur-Oeste de la ciudad, el alto índice de

inseguridad se presenta en altas horas de la noche, como lo muestra el informe de la Cámara de Comercio de



Bogotá (Cámara de Comercio de Bogotá, 2012). De manera que la clase de iluminación para las dos vías será

M4, manteniendo la misma clase de superficie R4.

De la tabla (1.2) se deduce que para una vía que requiera una clase de iluminación M4 y cuyo coeficiente de

superficie sea R4, el nivel de iluminancia mínima deberá ser de 10 Lux. Con ello se puede inferir que los

valores de iluminancia promedio para las vías principal y secundaria de la tabla (3.1) no cumplen con lo

establecido por EL RETILAP. De igual modo “El diseño de iluminación debe considerar no solamente las

calzadas vehiculares, sino las ciclorutas y los andenes adyacentes, como componente del espacio público”

(RETILAP, 2010, pág. 123).

De la tabla (1.3) se deduce que la iluminancia mínima en los andenes adyacentes a la vía deberá ser de 6

luxes, comparando este valor con los calculados en la tabla (3.1) se puede concluir que ninguno de los

andenes adyacentes a la vía cumplen con los criterios de iluminancia exigidos por EL RETILAP.

Por medio del registro fotográfico se pudo determinar el sitio menos iluminado y por ende propicia

inseguridad, por otra parte con los resultados de las medidas de iluminación realizadas se concluyó que tanto

los andenes como las vías no cumplen con los criterios de iluminación exigidos por EL RETILAP.

3.2. Diseño del sistema de iluminación exterior del predio.

El diseño de iluminación exterior busca en primer lugar dar solución a la falta de iluminación al exterior del

predio comercial de forma eficiente, asegurando que los peatones circulen por la vía de manera segura,

además que puedan identificar claramente a las personas alrededor del predio, en segundo lugar se busca

cumplir con los criterios de Iluminancia mínima mantenida, Factor de Uniformidad y deslumbramiento

exigidos por EL RETILAP.

Para el presente proyecto se optara por escoger un [ ] de 0.57, ya que este valor es común verlo en

proyectos de iluminación exterior donde las luminarias están expuestas a la suciedad y polución.

En el capítulo 1 se dijo la Iluminancia se define como la densidad del flujo luminoso que incide sobre una

superficie, además que la unidad de iluminancia es el Lux. De las tablas (1.2) y (1.3) se definió que el valor de

Iluminancia mínimo mantenido en las vías y andenes deberá ser de 10 y 6 Luxes respectivamente, donde estos

valores son valores de iluminancia promedio [ ].

Por otro lado para vías con clase de iluminación M4 y clase de superficie R4, se establece una uniformidad de

la iluminancia no debe ser menor al 25% (RETILAP, 2010, pág. 123). Este es uno de los factores que se

tendrá en cuenta en el diseño de iluminación, ya que indica la uniformidad de la iluminación al exterior del

predio comercial.

El diseño de iluminación parte de varios criterios fundamentales entre los cuales podremos encontrar los

siguientes; la iluminación mínima mantenida de las vías principal y secundaria deberá ser 10 y 6 luxes

respectivamente, el factor de mantenimiento del diseño de iluminación será de 0.57, la uniformidad de la

iluminancia deberá ser menor al 25%.

El diseño de iluminación empezó por levantar el plano arquitectónico del sitio a iluminar, teniendo en cuenta

las dimensiones reales del predio, vías y andenes, además del tipo de superficie tanto de la fachada del predio

como de las calzadas y andenes a iluminar, luego de ello se asigna una superficie de cálculo de la intensidad

lumínica perpendicular cada anden y vía considerada en el plano arquitectónico, como criterio se decidió que

estas superficies de cálculo solo cubrirán la mitad longitudinal de la calzada ya que se pretende iluminar el



exterior del predio comercial, mas no la anchura total de la vía. Por otra parte se realiza una preselección de

luminarias tipo LED teniendo en cuenta factores de: Potencia disipada, Tensión de Alimentación, Flujo

luminoso, aplicación y forma de curva fotométrica, una vez preseleccionadas las luminarias, se simula el

diseño en el software Dialux 4.12, variando la disposición y altura de montaje de las luminarias, así como la

cantidad de luminarias, logrando conseguir un diseño que cumple con los estándares exigidos por El

RETILAP.

Es de aclarar que: “Cuando las luminarias están localizadas en vías inclinadas, se recomienda orientarlas de

tal manera que el rayo de luz en el nadir sea perpendicular la vector normal de la vía. Esto asegura máxima

uniformidad en la distribución de la luz y reduce el deslumbramiento de una manera eficaz”.


En la figura (3.3) se muestra el plano arquitectónico del predio comercial, en él se ve la cantidad y disposición

de las superficies de cálculo, estas superficies están paralelas a las calzadas y andenes, no obstante la flecha

roja que aparece sobre ellas indica la dirección del vector normal a la superficie. Cabe aclarar que las

dimensiones y forma del predio son proporcionales a las vistas en la hoja (5) del anexo (7.11). Finalmente el

aerogenerador mostrado a una esquina del predio contempla las dimensiones apropiadas al diseño realizado

en el capítulo (2).

Figura 3.3 “Plano Arquitectónico del predio a iluminar” Tomado de (DIAL, 2012)

En conclusión; con el plano arquitectónico definido se comenzó a elaborar el diseño de iluminación, para ello

se realizó una preselección de luminarias donde se tenían en cuenta criterios tales como: Tensión de

alimentación, Potencia Disipada, Flujo luminoso, Factor de potencia e índice de protección (IP), basados en

estos criterios se seleccionó la luminaria mostrada en la figura (3.4).



Figura 3.4 “Luminaria escogida” Tomado de (Schréder)

El Grupo Schréder, tiene más de 100 años de experiencia en técnicas de iluminación, permite liderar

mundialmente el sector de la iluminación, están consolidados como la empresa líder en diseño y fabricación

de aparatos para el alumbrado público, urbano, deportivo, industrial y de túneles. Sus productos de

iluminación son de muy alta calidad fotométrica y mecánica, siempre con el compromiso de optimizar al

máximo el uso de energía.

La figura (3.4) muestra una luminaria del Grupo Schréder, es una luminaria de tecnología LED, demanda una

potencia de 10 [W], mantiene un flujo luminoso inicial de 1144 lumens (SCHREDERAMPERA MINI/ 5120/

8LEDS 350 mACW/ 335672(1.000)), se compone de: 8LED´s, una corriente de accionamiento de 350 mA,

una fuente de alimentación electrónica, un protector de vidrio extra claro y cables eléctricos, tiene un peso de

7.8 kg, un grado de protección (IP:66), (IK:09), tiene (583, 340, 90) mm de largo, ancho, alto

respectivamente, tiene una esperanza de vida de 25 años, respecto a la características eléctricas la tensión de

entrada es de 120-277V, a una frecuencia de entra 50 a 60 Hz, mantiene un factor de potencia mayor a 90%

( ) a máxima carga, protección contra sobretensiones de 10kV, y 10kA de cortocircuito.(schreder).

Por otro lado el fabricante indica que es posible girar la luminaria en tres posiciones distintas, no obstante el

sistema de control del grupo de luminarias se hará por medio de una fotocelda que se ajuste a la corriente

demanda por el grupo de luminarias.

Se seleccionó esta luminaria en particular ya que tiene bajo consumo de energía y en comparación con las

demás luminarias de alumbrado público era la que emitía un mayor flujo luminoso en comparación a la

potencia disipada, de igual modo para poder lograr una buena uniformidad de la iluminación es necesario

contar con un buen número de luminarias las cuales en conjunto mejoran los índices de uniformidad en la vía

a iluminar, otro factor a considerar es la posibilidad del girar el eje de la luminaria ya que como se dijo

anteriormente: al iluminar una vía con pendiente, es necesario que las luminarias estén orientadas de tal

manera que el rayo de luz en el nadir sea perpendicular a la vía. Esto asegura uniformidad en la distribución

de la luz y reduce el deslumbramiento de una manera eficaz.




El primer digito del Índice de Protección, indica en primer lugar una fuerte protección contra polvo, es decir

que el polvo no entrara a la luminaria bajo ninguna circunstancia, en segundo lugar indica una protección

contra chorros muy potentes de agua, es decir que a la luminaria no le entrara agua arrojada desde cualquier

ángulo.

Con base en estos criterios se diseñó, simulo y verifico que los criterios exigidos por el RETILAP en cuanto a

iluminancia e uniformidad se cumplieran.

3.3. SIMULACIÓN EN EL SOFTWARE DIALUX 4.12

Por medio de este software se simuló el sistema de iluminación, en la figura (3.5) se muestra la altura,

orientación y disposición de las luminarias.

Figura 3.5 “Disposición de las luminarias sobre el predio comercial” Fuente: (DIAL, 2012)

En la figura (3.5) se aprecia la cantidad y disposición de luminarias que el diseño requirió, en total se requirió

de 7 luminarias idénticas anteriormente especificadas, ya que la uniformidad de la iluminación en un plano se

consigue proyectando la iluminación en varias direcciones, por otro lado al haber más luminarias apuntando a

un mismo punto es más fácil que se cumpla con el criterio de iluminancia promedio, no obstante todas las

luminarias están orientadas perpendicularmente respecto a la dirección del vector normal de la calzada.



En la figura (3.6) se muestra la simulación en colores artificiales hecha por el software Dialux 4.12, en esta

figura se aprecia un modelo de cómo se vería el predio comercial iluminado. Es de anotar que las superficies

de cálculo en las vías cubren solo la mitad de cada calzada por razones anteriormente explicaºdas.

Figura 3.6 “Simulación en Dialux 4.12 en colores artificiales” Fuente: (DIAL, 2012)

Dialux ofrece la capacidad de analizar el diseño de iluminación desde la perspectiva del uso de colores falsos

donde su color e intensidad en el plano indican la iluminancia promedio que se pretende lograr y se percibe

que tan uniforme será la iluminación.

En la figura (3.7) se muestra la simulación en colores falsos, allí se evidencia que la mayor parte de la

superficie de la calzadas está cubierta por una tonalidad azul profunda, la cual según la tabla, indica una

intensidad de 20 Luxes, de igual modo en los andenes 1 y 2 de la vía principal, se observa una tonalidad

magenta la cual indica una intensidad de 10 Luxes, esta simetría en los colores indican una buena uniformidad

en los mismos.



Figura 3.7 “Simulación en Dialux 4.12 en colores falsos” Fuente (DIAL, 2012)

Los resultados de la simulación hecha se muestran en la figura (3.8), por una parte la iluminancia promedio

[ simulada fue mayor de 10 [luxes], esto para las vías, y de 6 [luxes] para los andenes, con ello se

concluye que el diseño cumple con los requerimientos del RETILAP en cuanto iluminancia promedio, por

otra parte el factor de uniformidad de iluminancia simulado fue mayor al 25%, lo cual quiere

decir que el diseño también cumple con el criterio de uniformidad de la iluminancia, es de anotar que el

diseño se realizó bajo un factor de mantenimiento de 0.57, lo cual indica un ambiente exterior sucio y con

mantenimiento de luminarias cada 3 años.



Figura 3.8 “Sumario de Resultados” Fuente (DIAL, 2012)

En la figura (3.8) se ve la disposición, ubicación y tamaño a escala de cada superficie de cálculo usada en la

simulación, las superficies aparecen de tipo perpendicular, ya que este es su modo de cálculo de flujo

luminoso, la trama es la cantidad de muestras que toma de la superficie de cálculo.



CAPÍTULO 4

DISEÑO DEL SISTEMA DE GENERACIÓN ELÉCTRICO MEDIANTE EL RECURSO

EÓLICO

Este capítulo reúne el objetivo principal del proyecto, ya que define el tipo de Aeroturbina a implementar,

mostrando los criterios que se tuvieron en cuenta para su selección, seguidamente se explican las

características aerodinámicas en cuanto a; coeficiente de potencia y velocidad tangencial y físicas en cuanto a;

material de las hélices, Área de cobertura, ubicación frente al viento y sistema de orientación. En base al área

de cobertura se calcula la potencia disponible y recuperable en Altos de Cazucá.

Posteriormente se explican los tipos de máquinas generadoras, sus ventajas, desventajas y aplicaciones, en

base a ello se selecciona el tipo de generador a implementar y de acuerdo a su eficiencia se calcula la potencia

útil generada.

Luego de esto se muestran algunos parámetros técnicos con los que actualmente cuentan los reguladores de

carga y se define el modelo del regulador de carga a implementar en el presente proyecto. De igual modo se

calcula el banco de baterías del sistema definiendo así la eficiencia del mismo. Finalmente se muestran las

especificaciones técnicas del inversor a implementar junto los sus pasos constructivos para una futura

fabricación.

4.1. Criterios de selección del tipo de Aeroturbina implementar

El viento tiene la propiedad de ser variable y aleatorio, tanto en magnitud como en dirección, para lograr

aprovechar al máximo su energía cinética, es necesario construir un sistema eficiente que transforme la

energía cinética del viento en energía rotacional.

Las Aeroturbinas son clasificadas de acuerdo a dos parámetros esenciales, la eficiencia o también llamada

coeficiente de potencia ( y la velocidad especifica ( .

El coeficiente de potencia ( es razón entre la potencia disponible y la potencia recuperable ( , para

un radio de hélice determinado, de modo que este coeficiente indica que fracción de energía disponible que se

podría recuperar con el tipo de hélice seleccionada, en la figura (1.15) se muestra el coeficiente de potencia o

rendimiento aerodinámico para cada una de la Aeroturbinas.

De igual modo la velocidad especifica es la razón entre la velocidad tangencial de la hélice y la velocidad

promedio del viento incidente , de modo que este parámetro me indica que tan rápido girara el eje de la

Aeroturbina con el tipo de hélice seleccionada, para corroborar la fórmula de velocidad especifica remitirse a

la ecuación (1.1).

Las Aeroturbinas más eficientes son las que usan como fuente de movimiento el par motor ejercido por la

fuerza de sustentación, como es el caso de las Hélices tripala, para obtener más información ver el subcapítulo

(1.7.3).

La selección del tipo de Aeroturbina a implementar juega un papel fundamental en el desarrollo de un

proyecto de generación eólica, ya que su elección lleva consigo parámetros de: eficiencia, aerodinámica,

velocidad rotacional, perfil de los vientos, complejidad en el acople mecánico entre las hélices y eje de la



maquina generadora, por ello su elección deberá estar respaldada por criterios de acuerdo a la necesidad de

generación que se tenga en cada caso.

Criterios base bajo los cuales se selecciona el tipo de Aeroturbina.

Coeficiente de Potencia

Velocidad Especifica

Par de arranque

Aerodinámica y Fuerza de sustentación

Comodidad y maniobrabilidad para su instalación y acople.

Perfil de Vientos

4.2. Especificaciones de la Aeroturbina

Este proyecto considera implementar una Aeroturbina de eje horizontal Tripala, ya que en Altos de Cazucá se

esperan velocidades en promedio de 6.8(m/s), este tipo de hélice ofrece un coeficiente de potencia alrededor

del 45%, es decir que se espera recuperar el 45% de la potencia disponible, de igual modo para este

rendimiento se espera una velocidad especifica de 6, esto quiere decir que la velocidad tangencial , se

espera será 6 veces la velocidad promedio del viento (alrededor de 40 (m/s)), ello cataloga este tipo de

Aeroturbina como rápida, así mismo tienen un par de arranque bajo puesto que solo se componente tres

hélices. Este tipo de Aeroturbina presenta poca fricción con el viento, su ubicación será a barlovento y su

sistema de orientación será autónomo.

Un criterio de eficiencia que se tuvo en cuenta para definir la viabilidad del presente proyecto fue el hecho

que sería aceptable tener que producir hasta un 150% de la energía demandada por las luminarias para

asegurar que el sistema sea estable, asumiendo que el restante 50% de la energía, se debiera a perdidas en la

acumulación y distribución de la energía, este 150% de energía es la que se conoce como potencia recuperada.

Dado que en el capítulo (3) se determinó la potencia demandada por las luminarias, se procede a

sobredimensionar al 150% dicha potencia con el fin de obtener el diámetro de la Aeroturbina, en base a ello

se determinó que máximo se necesitaría que la Aeroturbina tuviera un diámetro de 1.5 (m), es decir 0.75 (m)

de radio.

El material propuesto para la elaboración de las hélices es la fibra de carbono, ya que es uno de los desarrollos

más recientes en el campo de los materiales compuestos siguiendo la idea de que uniendo fibras sintéticas con

varias resinas, se pueden lograr materiales de baja densidad, muy resistentes y duraderos, la resistencia de la

fibra de carbono es casi 3 veces superior a la del acero, y su densidad es 4,5 veces menor.

Es ideal para el uso exterior ya que sus fibras son resistentes a la corrosión, fuego y conductividad eléctrica,

por otro lado conserva su forma ante cambios bruscos de temperatura.

Finalmente el sistema de orientación será como el mostrado en la figura (1.8), donde una veleta en la parte

posterior del generador da la orientación hacia el viento.



4.3. Potencia disponible ( ) en Altos de Cazucá.

Como se vio en el subcapítulo (2.4), la potencia disponible del viento depende de tres parámetros principales,

los cuales son; diámetro de la Aeroturbina, densidad del aire en el sitio de emplazamiento y el cubo de la

velocidad promedio.

Por un lado la densidad del aire varia muy poco, ya que está a su vez depende de la temperatura, humedad y

presión atmosférica en sitió, al ser variables aleatorias e inversas la densidad de aire no altera mucho la

potencia disponible, por otra parte el cubo de la velocidad promedio es un dato conocido calculado en el

capítulo (2), de esta manera la única variable que afectara el valor de la potencia disponible es el radio de las

hélices, según lo explicado en la sección (4.2), el diámetro de la Aeroturbina será de 1.5 metros.

Como se dijo en el subcapítulo (2.4), la expresión de potencia disponible viene dada de la siguiente forma:

Dónde:

es el área de barrido por las hélices del Aerogenerador ( .

es la densidad del aire en el sitio de la instalación de Aerogenerador .

es el cubo de la velocidad media (m/s)

El área de barrido de la hélice a implementar estará dada por la ecuación (4.1).

Ecuación 4.1: Área de barrido de las hélices a implementar.

La densidad del aire se determinó en base a los datos promedio de presión atmosférica, temperatura y

humedad, mostrados en los documentos recopilados de la RMCAB, con ello se calculó una densidad del aire

de aproximadamente de 0.664, es decir: ( ).

De modo que la potencia disponible en Altos de Cazucá, estará dada por la ecuación (4.2).

Ecuación 4.2: Potencia disponible en Altos de Cazucá.

4.3.1. Potencia recuperable ( ) en Altos de Cazucá

Para determinar la potencia recuperable, se hace necesario decidir el coeficiente de potencia ( ) sobre el cual

se piensa diseñar, según la figura (1.15) el coeficiente de potencia para las Aeroturbinas tripala, está en el

rango de 0.4 a 0.45. Como criterio de diseño se seleccionó de 0.4, puesto que este diseño no contempla los

parámetros aerodinámicos y mecánicos, los cuales ayudarían a lograr el máximo desempeño, de igual forma



el diseño contempla los parámetros y rendimientos más bajos, con el fin de asegurar los resultados que más

adelante se presentaran.

Como se dijo anteriormente la potencia recuperable es la que se puede extraer de la potencia disponible, esta

potencia recuperable es la que se encontrara en el eje del generador eléctrico y se describe por medio de la

ecuación (1.23). La potencia recuperable en Altos de Cazucá se muestra en la ecuación (4.3):

Ecuación 4.3: Potencia recuperable en Altos de Cazucá.

4.3.2. Velocidad de rotación de la maquina

Un dato importante para la selección del generador, es la velocidad rotacional que experimentara el eje del

generador, que será igual a la velocidad rotacional en el eje de la hélice, la fórmula utilizada para determinar

dicha rotación será la que se muestra en la ecuación (4.5).

Ecuación 4.4: Potencia desarrollada por un cuerpo rotacional.

La ecuación (4.4) describe el comportamiento de la potencia en un piñón como el producto de su velocidad

angular con respecto a su radio, como se conoce ampliamente la energía se trasmite de un medio a otro, si

tomamos como el medio 1 al eje de rotación de la hélice, que sin tener en cuenta los efectos de torsión, sería

igual en el eje de rotación del generador, de igual modo la potencia generada en el eje de rotación de las

hélices sería igual a la potencia de entrada en el eje de rotación del generador, de modo que la velocidad

rotacional en el eje del generador estará dada por la ecuación (4.5):

Ecuación 4.5: Velocidad rotacional del generador.

De acuerdo a la ecuación (4.5) la velocidad promedio rotacional del generador será de .

4.4. Generadores y su criterio de selección

Generadores de inducción con rotor de jaula de ardilla (GIRJ)

Este tipo de generadores es usado habitualmente con una velocidad de giro constante proporcionada por una

Aeroturbina, debe ser accionado a través de una caja multiplicadora de velocidad lo que ocasiona pérdidas



mecánicas. Este tipo de generadores consume potencia reactiva que debe ser regulada con un banco de

condensadores. Este tipo de generador tiene problemas cuando de tensión y de frecuencia se tratan de regular,

una de sus ventajas es el costo y su sencilla construcción.

Generador de inducción con rotor devanado y resistencia variable (GIRDRV)

El rotor de esta máquina es devanado, aumentando las pérdidas por calentamiento en los conductores, este

generador funciona a velocidad variable acoplado mecánicamente a una caja multiplicadora de velocidad, el

control de tensión se realiza con la variación de las resistencias ubicadas en el rotor, y aunque se puede

realizar control de tensión con la velocidades variables el margen de variación es poco.

Generadores de inducción con rotor doblemente alimentado (GIRDA)

Este tipo de generadores es utilizado cuando se presentan velocidades variables en aerogeneradores de alta

potencia, disminuye las variaciones de tensión aprovechando mucho las velocidades bajas del viento. Para

realizar el control de tensión es necesario inyectar corriente variable al devanado del rotor. Puesto que se usa

para aerogeneradores de gran potencia la variación de velocidad con la que se puede generar es del orden de

30%.

Generador síncrono con excitación convencional (GSEC)

El rotor de este generador es bobinado, estas bobinas son alimentadas con corriente continua que se reinyecta

después de ser rectificada puesto que del estator de la maquina la corriente que se inyectara a la red será

alterna, estos pueden acoplarse al eje del rotor directamente sin alizar caja multiplicadora.

Generador síncrono multipolo con imanes permanentes (GSIP)

Este generador al tener una gran cantidad de polos requiere de velocidades bajas para generar un nivel de

tensión deseado, esta máquina funciona a velocidad variable. En relación a los anteriores tipos de generadores

el mantenimiento que se debe realizar es mínimo y las pérdidas son muy pocas puesto que no presenta

calentamiento en los conductores del rotor ya que no es bobinado sino que tiene imanes permanentes.

Teniendo en cuenta las condiciones atmosféricas que se presentan en Altos de Cazucá (Cundinamarca), los

diferentes tipos de generadores y la carga que se piensa alimentar se decide implementar para el sistema de

generación eólica un generador síncrono multipolo con imanes permanentes (GSIP)debido a las ventajas que

presentan para esta aplicación.

4.4.1 Generador síncrono multipolo de imanes permanentes.

Estos generadores se conforman de un rotor que estará fabricado por imanes fijos o permanentes, lo que evita

que la regulación de tensión sea realizada con una corriente de excitación exterior, sino que dependerá

únicamente de la velocidad a la cual gire el rotor eólico. Ya que la maquina trabaja a velocidades variables la

frecuencia tendrá que corregirse para llegar a implementarse, para esto se contara con un equipo que realice

una conversión y así se tenga una frecuencia de 50 o 60 Hz puesto que estas son las frecuencias a las que

pueden funcionarlas luminarias seleccionadas.

El desarrollo de algunas aleaciones de alto magnetismo remanente ha posibilitado que los generadores

síncronos de imanes permanentes sean una alternativa interesante en la generación eólica a velocidad variable.



La utilización de imanes permanentes ha desaparecido la necesidad de los anillos rozantes esto a su vez

elimina de las pérdidas en el cobre del rotor, permitiendo que el tamaño de la maquina sea mucho menor, ello

permite construir generadores con un número mayor de polos, lo que significa que puede abolir el

multiplicador de velocidad para adecuarse al giro de la Aeroturbina.

Una de las desventajas que presenta este tipo de generador es su costo ya que los imanes a implementar son

de materiales difíciles de extraer como lo es el neodimio. Por otra parte su ventaja es el poco mantenimiento

que requieren y sobretodo que presentan menores pérdidas al no contar con un circuito de excitación del rotor

para tener electroimanes, ya que estos serán remplazados por imanes permanentes.

Habitualmente, el material que más se empleaba para fabricar las maquinas síncronas con imanes

permanentes era la ferrita, ya que tiene un costo bajo; pero su bajo campo magnético limitaba su utilización.

Los materiales empleados actualmente para este tipo de aplicaciones son imanes fabricados de componentes

sacados de tierras raras, como el Neodimio-Hierro-Boro (Nd-Fe-B). El boro proporciona un magnetismo

remanente muy alto y una gran linealidad en la curva de desmagnetización pero a medida que aumenta la

temperatura la intensidad de campo decrece esto se convierte en un inconveniente para este material.

Una de las estructuras más básicas de los generadores de imanes permanentes se refleja colocando los imanes

en la superficie del rotor con adhesivos de muy alta calidad.

Para que el rotor sea rígido, el espacio entre polos es rellenado con material no-ferromagnético. Los diferentes

tipos de imanes permanentes pueden llegar a tener permeabilidades relativas del orden de los 1.02 a 1.2 (T),

también tienen alta resistividad, el entrehierro al ser grande se puede considerar que la reacción de inducido y

la de dispersión será menor que en cualquier maquina convencional.

Si se quiere obtener una robustez mecánica es necesario que los imanes se encuentren en el interior del núcleo

ferromagnético del rotor, estos son implementados en aplicaciones que utilicen mayores velocidades de giro.

Puesto que el proyecto depende de velocidades de giro pequeñas se tendrá que implementar una maquina en

configuración de polos salientes.

La energía obtenida con un generador síncrono de imanes permanentes es mayor que la obtenida con otro

tipo de generadores. Así, en [VILLS96] se muestra que un aerogenerador de imanes permanentes de 20 kW

puede captar un 10% más de energía que un aerogenerador síncrono con convertidor de frecuencia y un 15%

más que un aerogenerador asíncrono de la misma potencia a velocidad fija. (sanchez, 2001).

4.5. Potencia útil generada

Para continuar haciendo el estudio y poder determinar la eficiencia con la cual debe contar el generador

electico para el aprovechamiento de la energía cinética del viento y convertirla en energía eléctrica es

necesario tener en cuenta algunos efectos que presentan los generadores síncronos y así poder determinar el

circuito equivalente del generador eléctrico.

Se tiene que tener en cuenta la caída de tensión en los terminales del generador puesto que puede variar según

la carga que se conecte, puede llegar a ser más elevada si la carga presenta un factor de potencia (fp) en

adelanto, o para factores de potencia iguales a la unidad o que estén en atraso la tensión en terminales del

generador puede ser menor a la generada, es por eso que se debe tener en cuenta como es el comportamiento

de la carga y así poder determinar que generador y con qué características puede llegar a ser más viable ya

que se debe buscar que las pérdidas sean lo más reducidas posibles, puesto que ningún generador es ideal y

siempre presentara algún tipo de pérdidas.



Si se tiene una resistencia de armadura Ra que resulta del bobinado de cada fase es de saber que por esta

resistencia circulara una corriente Ia que será la corriente suministrada a la carga que tengamos conectada,

entonces es de saber que habrá una caída de tensión en ella por lo que habrá una disipación de potencia sobre

ella, esta se convertirá en una pequeña parte de energía que se dejara de entregar al sistema eléctrico, se debe

tratar de disminuir esta resistencia para que las pérdidas en ella sean despreciables.

Como la construcción del estator o armadura se encuentran los bobinados por los cuales fluirá la corriente que

se entregara a la carga, esta corriente produce un flujo, es aquí donde se origina la reactancia de dispersión

Xa, esta reactancia de dispersión ocasiona una caída de tensión. En la figura (4.1) se ve la representación del

circuito eléctrico en la que se muestran tanto la resistencia de armadura Ra como la reactancia de dispersión

Xa.

Figura 4.1 “Modelo eléctrico del estator” Tomado de (Guru, 2003, pág. 427)

Para calcular la impedancia síncrona por fase aplicamos la ecuación (4.6)

Ecuación 4.6: Impedancia síncrona.

Dónde:

= Resistencia de armadura

= Reactancia síncrona (Xs = Xa + Xm)

El rotor del generador síncrono está conectado al eje de la aeroturbina anteriormente definida, esta ejercerá un

par en el eje del generador a una velocidad angular , de manera que la potencia mecánica entregada al

generador se describe por medio de la ecuación (4.7).

Ecuación 4.7: Potencia mecánica entregada al generador eléctrico.

La potencia mecánica entregada al rotor de imanes permanentes ( ) es la misma potencia recuperada ( )

como se denominó anteriormente.



Las pérdidas en el generador síncrono consisten en la pérdida por rotación ( ) las cual se debe a las pérdidas

mecánicas y magnéticas, por otro lado la pérdida en el cobre en el devanado de la armadura ( ) se debe a las

pedidas por efecto Joule que se presentan en los devanados del estator.

La potencia de salida de generador ( ) se calcularía por medio de la ecuación (4.8).

Ecuación 4.8: Potencia de salida de generador en base a las pérdidas de potencia

Dado que las pérdidas por rotación y las del cobre dependen de la forma constructiva del generador y ello

compete a los fabricantes de máquinas, se asume que el generado deberá mantener una eficiencia mínima del

95%, de modo que la potencia de salida del generador ( estará dada por la ecuación (4.9).

Ecuación 4.8: Potencia de salida de generador en base a la eficiencia

En base a la ecuación (4.8), se puede estimar las pérdidas de potencia debido a la rotación y en el cobre en el

devanado de la armadura, ello se consigue por medio de la ecuación (4.9).

Ecuación 4.9: Pérdidas de potencia del generador

En base a la ecuación (4.9) se puede asumir que el 2% de las pérdidas de potencia del generador obedecen a

las pedidas en el cobre ( ) y el 3% a las pérdidas por rotación. De modo que:

1.1

3.3

Para entender mejor el flujo de potencia en un generador síncrono desde la potencia de entrada mecánica

( ) hasta la potencia de salida ( ) se representa el flujo de potencia por medio de la figura (4.2).

„

Figura 4.2 “Flujo de potencia” Adaptado de (Guru, 2003)



4.6. Regulador de carga del sistema de generación

El regulador de carga tiene como objeto principal el medir y controlar los parámetros y condiciones técnicas

que se deban mantener para que la batería o banco de baterías operen de manera adecuada, evitando, fallas en

el sistema, deterioro en sus componentes, alargando así la vida útil de los componentes del sistema en especial

el banco de baterías.

En el mercado se encuentran una gran variedad de gamas de reguladores, las cuales de clasifican según su:

uso, tipo de batería a regular, nivel de tensión del banco de baterías y nivel de autonomía del regulador. Este

último parámetro es bastante interesante ya que se encuentran reguladores que miden desde la temperatura del

banco de baterías hasta la resistencia interna del mismo.

A continuación se nombran algunos de los parámetros y condiciones que el regulados puede medir y!o

controlar. Tales parámetros son:

Protección contra carga conectada con polaridad invertida a la salida de carga

Protección contra baterías conectadas con polaridad invertida

Protección contra cortocircuitos en la entrada y salida del mismo

Protección contra corriente de carga demasiado alta “El regulador interrumpe la conexión hacia la

batería y desconecta la carga”

Protección contra circuito abierto durante el servicio sin batería o carga “La salida de carga es

protegida contra la potencia del generador”

Protección contra corriente inversa “Impide el paso de corriente desde el banco de baterías al

generador ”

Protección contra sobretensión y subtensión “Desconecta la salida de carga inmediatamente en caso

de tensión demasiado baja o demasiado alta de la batería”

Protección contra alta temperatura “Si aumenta demasiado la temperatura al interior del regulador, se

desconecta la salida de carga del regulador”

Protección de la salida de carga contra sobrecarga “Si los valores admisibles de la corriente hacia la

carga son rebasados, se desconecta la salida de carga”

Protección contra descarga y sobrecarga extrema “Impide la descarga o sobrecarga extremas de la

batería”

Cuando los acumuladores tienen un periodo de tiempo muy largo en que el estado de carga ha sido bajo, el

regulador permitirá la entrada de corriente a estos sin que haya interrupción hasta que lleguen al nivel de

tensión final de carga, una vez llegado al nivel de tensión de carga, el regulador interrumpe el paso de

corriente y esto hace que se interrumpa la carga. Al alcanzar el nivel de carga requerido el regulador inyecta

una pequeña corriente la cual se encarga de mantener la batería a plena carga y sobre compensa la descarga de

las mismas cuando estas empiecen a utilizar.

4.6.1. Parámetros de un regulador

Algunos de los parámetros básicos para la selección de un regulador son:

Estos tendrán que mantener las tensiones de salida independientemente las fluctuaciones de viento

que se encuentren mientras que estén dentro de los rangos establecidos.

Independientemente sea la corriente exigida por la carga la tensión de salida deberá ser la constante.

La señal de salida de tensión no deberá contener componentes alternos.



Por otra parte en la figura (4.3) se muestra una de las características del tensión de salida del regulador ya que

debe ser el mismo en circuito abierto (oc) que cuando este el sistema a plena carga, si no se presenta una

buena regulación no mantendrá la tensión mientras entrega corriente de la carga. Es de anotar que este es el

principio básico de un regulador de tensión, de igual modo y a criterio de diseño se buscó esta solución ya que

su costo de implementación es bastante bajo en comparación con la compra de un regulador como tal. En

conclusión la solución a implementar será la mostrada en la figura (4.5)

Figura 4.3 “Tensión de regulación; (a) sin carga, (b) con carga” Tomado de (J.I.Huircan, 2012)

Idealmente en los reguladores la tensión de salida sin carga y la tensión de salida a plena carga deberían ser

cero, pero normalmente siempre es mayor que el VL. El porcentaje de regulación está dado por la ecuación

(4.11), entre menor sea él % de regulación será mucho mejor el quipo regulador.

Ecuación 4.10: Regulación.

4.6.2. Tipos de reguladores

Existen diferentes tipos de conexiones de los reguladores y por lo general el paso de corriente se ve habilitado

o deshabilitado por un diodo zener.

Regulador básico paralelo

En el montaje, cuando la tensión excede el tensión predispuesta del diodo, la corriente por este aumenta lo

que genera que el tensión se mantenga constante puesto que la tensión en el diodo zener aumenta, y al estar en

paralelo se regula con la tensión de la carga siendo , un ejemplo de ello es como el mostrado en la

figura (4.4).



Figura 4.4 “Regulador básico en paralelo” Tomado de (J.I.Huircan, 2012)

Regulador básico serie

Como la tensión debe mantenerse fija o con variaciones muy leves, el diodo zener proporcionara la

referencia de tensión la cual se espera que este el regulador en la figura (4.5) se puede ver el criterio

de diseño que debe tener un regulador en conexión serie básica.

Figura 4.5 “Regulador paralelo básico” Tomado de (J.I.Huircan, 2012)

Los reguladores de tensión son instrumentos que permiten mantener los niveles de tensión se salida,

independientemente sea la corriente requerida por la carga, pueden tener conexión serie o paralelo, en la

actualidad existen reguladores que pueden ser realimentados los cuales permiten ajustar los niveles de tensión

que se requieran.

En base a lo anterior para el presente proyecto se piensa implementar un regulador paralelo básico dado su

practicidad para controlar y de fabricación, es de anotar que de construirse deberá mantener una eficiencia de

mínimo el 95%.

4.7. Acumuladores del sistema de generación

Dado que las baterías de VRLA ofrecen las mejores ventajas en cuanto a la capacidad de almacenamiento,

profundidad de descarga, perdidas por autodescarga no superiores al 3%, soportan constantes cambios de

temperatura, en este capítulo que calculara el valor del banco de baterías para lograr energizar la carga



durante su tiempo de servicio. Teniendo en cuenta que se definieron 7 luminarias de 10 W cada una, para la

iluminación exterior del perdió comercial, además del hecho que las luminarias se energizaran por al menos

12 horas, y que la tensión requerida del banco de baterías por el inversor es de 120 Voltios, se puede calcular

la capacidad del banco de baterías de acuerdo a la ecuación (4.12):

Ecuación 4.11: Capacidad del banco de baterías.

Dónde:

= Potencia demandada

= Número de horas de autonomía de la carga

= Tensión nominal del banco de baterías

= Profundidad de descarga del banco de baterías

A la hora de seleccionar el banco de baterías es imprescindible entender que su configuración se hará

conectando las baterías en serie hasta conseguir un nivel de tensión 120 (V) DC, dado que la capacidad

total del banco de baterías deberá ser de mínimo 8.75 durante 12 horas.

En conclusión el banco de baterías lo conformaran 5 baterías de VRLA, de 24 V cada una, conectadas en

serie, y dado que la capacidad de autodescarga de cada batería se estima del 3%, el banco de baterías

tendrá una eficiencia de 85%.

4.8. Sistema de conversión de la energía.

4.8.1. Generalidad

En el presente proyecto se implementara un conversor DC – AC diseñado y construido por estudiantes de la

Universidad Distrital Francisco José de Caldas “Facultad Tecnológica” en un proyecto que titularon “Diseño

y construcción de un sistema de control para un aerogenerador de eje horizontal” este proyecto se encuentra

como la tesis de grado (T197), fue publicada en el año 2009.

Se decidió implementar el conversor anteriormente nombrado puesto que en su diseño uno de sus objetivos

principales fue el diseño de sistemas de control para un sistema de generación de eje horizontal. (AVILES

JARAMILLO & MORA AMADO, 2019)

Se montara un sistema de conversión DC - AC para así llegar a realizar la alimentación del sistema de

iluminación puesto que las luminarias seleccionadas funcionan con una señal alterna lo que imposibilita

energizarlas sin realizar el proceso de conversión de la señal directa que ofrece el banco de baterías a una

señal alterna y nivel de tensión que se requiere para la energización del sistema de iluminación.



4.8.2. Parámetros del conversor

El conversor que diseñaron en la tesis T197 define un sistema que permitiera un control tanto de frecuencia

como de tensión con una eficiencia del 93%, aprovechando al máximo la energía transformada con el mínimo

de pérdidas energéticas en el proceso de transformación, teniendo los siguientes requerimientos:

Inversor monofásico

Componentes modernos

Confiabilidad de operación.

Minimizar costos

Técnicamente cumplió con aspectos tales como:

Mínimas perdidas en el proceso de transformación

Carga de 0.5 kW

Frecuencia de 60 Hz estable

Señal de salida estable de 120 VAC

Sistema de almacenamiento de energía eléctrica confiable

Eficiencia del 93%

4.8.3. Descripción del conversor

El diseño del sistema de conversión se basó en una estructura de control de cinco etapas funcionales “la etapa

de control, la etapa de acople de señal por medio de opto acopladores, etapa de acople por señal por medio de

drivers, la etapa de potencia y la etapa de almacenamiento” (AVILES JARAMILLO & MORA AMADO,

Diseño y construccion de un sistema de control para un aerogenerador de eje horizontal, 2009)

En cada una de las etapas de este diseño se realizaron diferentes simulaciones y pruebas de funcionalidad

teniendo en cuenta la aplicación para la cual fue pensado su diseño, es por esto que se decidió integrar al

sistema de Aerogeneración, el conversor DC – AC citado en este capítulo desprende cuatro etapas

importantes, la etapa de diseño y construcción que se explicaran brevemente:

ETAPA DE CONTROL: Está encargada de generar una señal cuadrada que activara los transistores

ya que este fue el más eficiente al implementar un micro controlador que se encarga de realizar la

señal cuadrada, ya que los diseños anteriores a esta etapa no lograron la eficiencia esperada.

ETAPA CON OPTOACOPLADORES: Se implementa esta etapa ya que surge la necesidad de

aislar el lado de potencia con los circuitos de control, para esto se implementó una optocupla que se

encarga de realizar el aislamiento galvánico y permite cumplir los factores de protección y aumento

de tensión para la activación de los transistores.

ETAPA CON DIVERS: Se implementó un circuito con divers para así logar obtener dos niveles de

tensión a la salida utilizando una sola fuente de alimentación, lo que hizo que se pudiera trabajar con

los transistores IGBT`S para la parte de potencia.

ETAPA DE POTENCIA: Esta etapa es la encargada de generar una señal cuadrada a partir de una

señal continua que es proporcionada por los acumuladores, y lo que hace es invertir el flujo de

corriente para que así se produzca dos semiciclos que tendrán idealmente la amplitud que generan la

fuente de alimentación que en este caso serán los acumuladores

Una vez determinadas las etapas que debe tener este conversor se procede a implementar y armar el

dispositivo con todos los requerimientos técnicos para su óptimo funcionamiento, esta es la diferencia con los

demás parámetros o dispositivos que conforman el sistema de generación eólica que se presenta en este



documento, puesto que la etapa de conversión ya fue diseñada y lo más importante que fue construida lo cual

genera un avance en el momento de la implementación al sistema de Aerogeneración.

“Durante todo el proceso de construcción fueron realizadas diferentes pruebas para ir determinando que todas

las partes funcionan por separado, de manera que al hacer el ensamble se tuviese la certeza de que todo

funcionaria como se esperaba.” (AVILES JARAMILLO & MORA AMADO, Diseño y construccion de un

sistema de control para un aerogenerador de eje horizontal, 2009)

En la figura (4.6) se observa el proceso de construcción del conversor que implementaron en la tesis citada, se

mostrara así un esquema y panorama mucho más general de lo que se implementó tanto en el diseño como en

la etapa de construcción y ensamble.

Los resultados experimentales que se evidenciaron documento citado en este capítulo, el sistema de

conversión mostro resultados satisfactorios ya que cumplieron con los parámetros técnicos que se muestran al

inicio de este capítulo. Las pruebas que se realizaron al sistema de conversión consistieron principalmente en

mediciones de onda de tensión y corriente de salida del inversor.

Figura 4.6 “Descripción del conversor” Adaptado de (AVILES JARAMILLO & MORA AMADO, Diseño y construccion de un sistema de control

para un aerogenerador de eje horizontal, 2009, pág. 23)



CAPÍTULO 5

CONFIGURACIÓN GENERAL DEL SISTEMA

En este capítulo se enlazaran los diferentes componentes que integran el sistema de Aerogeneración en

conjunto al sistema de iluminación diseñado. Para ello se recopilara la información más relevante de cada uno

de los capítulos anteriores y así plasmar un diagrama en el que se podrá entender la importancia de un buen

diseño puesto que se evidenciara la eficiencia total del proyecto.

5.1. Componentes del sistema de generación

Para entender cómo se transforma la energía cinética del viento en energía eléctrica, se deberá seguir un orden

lógico de la configuración de cada uno de los componentes del sistema e irán organizados de esta forma:

1. Aeroturbina

1 Generador

2 Regulador

3 Banco de baterías

4 Inversor DC/AC

5 Fotocelda

6 Sistema de iluminación (Carga)

Una vez entendido el orden de los elementos que se deben cumplir para efectuar la generación eléctrica, se

mostrara un diagrama de flujo de potencia en el cual se verá el comportamiento de cada uno de los elementos

y cada uno de los requerimientos de estos para que su implementación se viable tanto técnica como

económicamente.

Por medio de la arquitectura general mostrada en la figura (5.1) se discretiza paso a paso la transformación de

la energía, teniendo en cuenta la eficiencia de cada uno de los componentes del sistema con el fin de alimentar

el sistema de iluminación diseñado el cual es la solución al problema de la falta de iluminación al exterior del

predio comercial. De igual modo en la figura (5.2) se define el diagrama de conexión eléctrico de cada uno de

los componentes eléctricos del sistema.

Por otro lado en la figura (5.3) se sintetiza el diagrama de flujo de potencias del sistema.

Finalmente en la hoja (4) del anexo (7.11) se define el diagrama de conexiones eléctricas de todos los

componentes del sistema.



Figura 5.1 “Arquitectura General del sistema de Aerogeneración” Fuente: (Autores)

Potencia eólica disponible 275.87

Aeroturbina

n =

40%

Generador

n = 95%

104.83

Regulador

n = 95%

99.5

Acumuladores

n = 85%

84.57

Inversor DC / AC

n = 93%

78.6

Luminarias tecnología LED (carga eléctrica)

Fotocelda

n =

95%

74.6



Figura 5.2 “Diagrama de Conexión Eléctrico” Fuente: (Autores)



Figura 5.3 “Flujo de Potencia del Sistema” Fuente: (Autores)

Dónde:

Potencia disponible del viento Pérdidas en el banco de baterías

Potencia recuperada Perdidas en la fotocelda

Potencia desarrollada por el generador Pérdidas en el inversor

Potencia de salida del generador Pérdidas en el regulador

Potencia de salida del regulador Pérdidas en el cobre

Potencia de salida del banco de baterías Pérdidas por rotación

Potencia de salida del inversor Pérdidas aerodinámicas

Potencia de salida del sistema de iluminación



CAPÍTULO 6

VIABILIDAD LEGAL, TÉCNICA Y ECONÓMICA DEL PROYECTO

El estudio de las viabilidades de un proyecto se definen como el estudio dirigido a realizar una proyección del

éxito o fracaso de un proyecto, en base a una serie de indicadores producto del análisis, ello permite hacer un

proyección acerca de la inversión a realizar y considerar la puesta en marcha del proyecto.

6.1. Viabilidad legal

Ley 1715 del 13 de Mayo del 2014 “Por medio de la cual se regula la integración de las energías

renovables no convencionales al Sistema Energético Nacional”

El objeto de la ley 1715 es el de promover el desarrollo y la utilización de las fuentes no convencionales de

energía, principalmente aquellas de carácter renovable, en el sistema energético nacional(CONGRESO DE

COLOMBIA, LEY 1715, 2014, pág. 1).

Como lo indica el artículo 20, el Gobierno Nacional, por medio del ministerio de Ambiente determinara los

parámetros ambientales que deberán cumplir los proyectos desarrollados con energía EÓLICA(CONGRESO

DE COLOMBIA, LEY 1715, 2014, pág. 15).

Según lo estipulado en el Articulo 11, el Gobierno Nacional fomenta la investigación, desarrollo en inversión

en el ámbito de las FNCE, reduciendo anualmente de su renta, por los 5 años siguientes al año gravable en el

que hayan realizado la inversión, hasta el cincuenta por ciento (50%) del valor total de la inversión

realizada(CONGRESO DE COLOMBIA, LEY 1715, 2014, pág. 11).

Por otro lado y en base al artículo 13, a partir de la entrada en vigencia de la presente ley las personas

naturales o jurídicas que inviertan en proyectos de FNCE, gozaran de la exención en el pago de los Derechos

Arancelarios de Importación (IVA), a materiales, equipos e insumos destinados única y exclusivamente a

proyectos dedicados a FNCE (CONGRESO DE COLOMBIA, LEY 1715, 2014, pág. 11).

En base a lo anteriormente estipulado su puede concluir que el proyecto es viable legalmente ya que el

gobierno por medio de la Ley 1715 incentiva el uso y aprovechamiento de las energías renovables en

Colombia.

6.2. Viabilidad técnica

El estudio de la viabilidad técnica se basa en la cantidad y disposición de los materiales, ya que se analiza si la

tecnología con la que se diseño es sistema es viable y posible implementarlo.

En las figuras (6.1 y 6.2), se muestran algunos de los componentes del sistema de Aerogeneración, es de

anotar que las dimensiones de sus componentes mantienen las dimensiones reales.



Figura 6.1 “Componentes físicos del Sistema de Aerogeneración”

Fuente: (DIAL, 2012)

Luminaria LED

Soporte de

Sujeción

Canaleta de

uso exterior

Hélice

Góndola



Figura 6.2 “Componentes físicos del sistema de anclaje del Aerogenerador”

Fuente: (DIAL, 2012)

Soporte Central

Gabinete



La viabilidad técnica se decidió en base a la facilidad de integración en conjunto de todos los componentes

del sistema de generación.

Por un lado, el material, molde y fabricación de la hélices fue de fácil acceso ya que se pudo determinar tras

una serie de cotizaciones que el material de fibra de carbono es de fácil implementar, de igual modo los

moldes para la fabricación de las hélices son en madera, no obstante para proyectos de esta capacidad de

generación el proceso de fabricación de las hélices en cuanto a la inyección de fibra de carbono es fácil y

asequible al público en general, En general, todos los tipos de perfiles utilizados en las máquinas eólicas

rápidas son de la serie NACA (National Advisory Committee for Aeronautics), y vienen determinados por un

conjunto de cifras que definen su geometría. De modo que la ingeniería de detalle en cuanto a las hélices

requiere del asesoramiento aerodinámico de expertos en la materia.

En cuanto al generador a implementar, y en cuanto a los componentes constructivos del mismo, son fáciles de

conseguir, ya que por una lado para la puesta en marcha del proyecto se puede implementar un generador que

se acople a el diseño del presente proyecto o en su defecto y en base a las cotizaciones solicitadas de varias

empresas en Bogotá es posible ensamblar, montar y construir de motores y generadores bajo especificaciones

técnicas.

En Cuanto a la etapa de potencia, inversor, regulador, acumulador de carga y luminarias, existen varias

soluciones como la planteada en el presente diseño, ya que es la solución más económica, no obstante en el

mercado se presentan soluciones similares, de modo que este parámetro no es un impedimento tecnológico a

tener en cuenta.

Para el montaje del Aerogenerador se requiere una estructura metálica de 3 metros de alto de fácil anclaje y el

sistema de iluminación se requiere componentes habituales de una instalación exterior, de modo que la puesta

en marcha del proyecto no presenta inconveniente alguno.

En base a lo anterior se determina que el proyecto es viable técnicamente, ya que no se presenta ningún

impedimento constructivo ni de montaje para desarrollarlo.

6.2. Viabilidad económica

En este capítulo se analizara económicamente el sistema de generación eólico con el propósito de determinar

la conveniencia económica y cuál puede ser su periodo de amortización, para esto se tuvo en cuenta todas las

materias primas, implementación y mantenimiento del sistema, para este análisis de tuvo en cuenta que la

vida útil del generador será de 20 años.

Se tuvo en cuenta los siguientes conceptos como parte de la Ingeniera básica y detallada.

Sistema de generación

Obre civil que se deba realizar para el montaje del sistema

Autorizaciones por parte del Gobierno Distrital

Impacto ambiental que se puede esperar

Cronograma de ejecución del proyecto.

El costo total del proyecto comprende los siguientes ítems:

Equipos del sistema de generación (Ver figura 5.1)

Materiales necesarios para la puesta en marcha del proyecto

Obras civiles de adecuación

Obra eléctrica donde se incluye todas las instalaciones y las diferentes etapas del sistema eléctrico

Costo del recurso humano de nivel técnico y de ingeniería

Costo de administración e imprevistos (Este costo se asume de 10% del total costo de materiales).

Todo el conjunto de inversión se define también como “Coste de inversión llave en mano” (lopez, 2012, pág.

253), el cual se define como el costo de inversión por potencia instalada. El cronograma de mantenimiento



también se tiene que tener en cuenta a la hora de realizar el presupuesto, no obstante estos costos son

variables en el tiempo, ya que el mantenimiento puede ser de tipo preventivo o en el peor de los casos

correctivo.

En las tablas (6.1, 6.2, 6.3, 6.4, 6.5 y 6.6) se muestra un informe detallado en cuanto a la cantidad y costo

unitario de los diferentes materiales y servicios requerido por el proyecto.

En la tabla (6.1) se detallan los gastos requeridos para la fabricación de tres hélices en Fibra de carbono, como

se digo en la viabilidad técnica, la ingeniería tras las características físicas de las hélices son de acuerdo al

asesoramiento aerodinámico de la hélice.

Tabla 6.1 “Material para la Fabricación de la Aeroturbina”

Fuente: (Autores)

En la tabla (6.2) se muestran los costos asociados a la fabricación de generador, su costo es bastante elevado

ya que su diseño contempla la fabricación con 24 imanes de Neodimio.

Tabla 6.2 “Material para la Fabricación del Generador”

Fuente: (Autores)

MaterialValor

Unidad [$]

Valor

Total [$]

Molde de Madera para hélice 1 Un 50000 50000

Inyección Fibra de Carbono 3 Un 35000 105000

Kit Accesorios de Anclaje 1 Un 20000 20000

Total 175000

IVA 28000

Costo Total 203000

Cantidad

MaterialValor

Unidad [$]

Valor

Total [$]

Imán de Neodimio 24x24x4 mm 5mil Gauss 24 Un 15000 360000

Armadura y soporte para imanes 1 Un 60000 60000

Alambre desnudo aislado AWG 22 30 m 600 18000

Rodamiento para el rotor 2 Un 12000 24000

Acople mecánico para el Aerogenerador 1 Un 10000 10000

Góndola 1 Un 30000 30000

Ensamble y Construcción de Generador 1 Un 200000 200000

Total 702000

IVA 112320

Costo Total 814320

Cantidad



En la figura (6.3) se muestran los costos asociados a la transformación de la energía, es evidente que su

inversión es mucho menor respecto a la fabricación de generador.

Tabla 6.3 “Material para la Fabricación del Conversor”

Fuente: (Autores)

En la tabla (6.4) se muestra el material necesario y el costo de la instalación de la base del aerogenerador.

Tabla 6.4 “Material y Servicio para la puesta en marcha del Aerogenerador”

Fuente: (Autores)

En la figura (6.5) se detalla el costo total del banco de acumuladores junto con su regulador de carga.

MaterialValor

Unidad [$]

Valor

Total [$]

Circuito Oscilador 1 Un 50000 50000

Circuito de Interconexión 1 Un 35000 35000

Etapa de Potencia con Etapa de Disparo 1 Un 40000 40000

Armazón de Acrílico Transparente 5 mm 2 Un 40000 80000

Total 205000

IVA 32800

Costo Total 237800

Cantidad

Material y ServicioValor

Unidad [$]

Valor

Total [$]

Soporte Central del Aerogenerador en Aluminio

(Radio=0,1 m - Alto=3 m)1 Un 100000 100000

Metalmecánica para la instalación de gabinete dentro del

soporte de Aerogenerador1 Un 50000 50000

Base móvil para la ubicación del Aerogenerador 1 Un 40000 40000

Obra civil y eléctrica para la instalación del Aerogenerador 1 Un 60000 60000

Total 250000

IVA 40000

Costo Total 290000

Cantidad



Tabla 6.5 “Material para el acumulador y rectificador del sistema”

Fuente: (Autores)

En la tabla (6.6) se muestra el costo del material y servicio para la instalación del sistema de iluminación, es

evidente que el costo de la canaleta es considerable respecto al de los otros materiales, se escogió el uso de

canaleta dado versatilidad a la hora de distribuir salidas, no obstante la instalación se podrá hacer en tubería

metálica reduciendo los costos hasta en un 50%.

Tabla 6.6 “Material y Servicio para la puesta en marcha del Sistema de Iluminación”

Fuente: (Autores)

En la tabla (6.7) se muestra resumen del costo para la puesta en marcha del proyecto, el cual se estima en

3´013.040 Pesos Colombianos.

MaterialValor

Unidad [$]

Valor

Total [$]

Batería VRL Monoblock 71.8Ah - 9H / 24V 5 Un 40000 200000

Rectificador para cargar Batería 220/(12-24) V-10A 1 Un 120000 120000

Total 320000

IVA 51200

Costo Total 371200

Cantidad

Material y ServicioValor

Unidad [$]

Valor

Total [$]

Canaleta para uso exterior (15x10x240 cm) 10 ml 18000 180000

Kit de Accesorios para la instalación de Canaleta 1 Un 10000 10000

Soporte de Sujeción para luminaria 7 Un 6000 42000

Cable Trenzado AWG 12 Procables (Fase+Neutro+Tierra) 10 ml 3000 30000

Luminaria de Tecnología Led (SCHREDERAMPERA MINI/

5120/ 8 LEDS 350 mACW/ 335672(1.000))7 Un 40000 280000

Fotocelda 1 Un 43000 43000

Obra civil y eléctrica para la instalación de las luminarias 1 Un 100000 100000

Total 685000

IVA 109600

Costo Total 794720

Cantidad



Tabla 6.7 “Costo de la Puesta en marcha del proyecto”

Fuente: (Autores)

Una de las ventajas intangibles que presenta este proyecto y que se deben tener en cuenta aparte del costo

energético que pueda llegar a tener el montaje y construcción del sistema de generación e iluminación, son

las ventajas medioambientales, de seguridad en la zona y no se puede dejar de lado las ventajas publicitarias

que pueden tener los locales comerciales ubicados en el predio comercial de altos de Cazucà.

6.3. Calculo de costo kWh del sistema de generación

En este tipo de proyectos se sustituye la compra de energía eléctrica de la red, por la autoproducida por la vía

eólica. El estudio analiza la rentabilidad de la inversión del sistema eólico frente al suministro directo de red a

partir de los ahorros en la factura energética obtenidos por la sustitución de una energía comprada por una

autogenerada (López, 2013, pág. 250).

El índice COE (Cost of Energy) refleja el costo total de la energía producida a lo largo de la vida del proyecto

(Alemany, 2008, pág. 260)

El costo de la energía, se calcula por medio de la ecuación (6.1) (lopez, 2012, pág. 260).

Ecuación 6.1: Costo de la energía.


Dónde:

: Inversión llave en mano del sistema de generación ($)

: Número de años de vida del generador

Material y/o ServicioValor

Unidad [$]

Valor

Total [$]

Material para la Fabricación de la Aeroturbina 1 Un 203000 203000

Material para la Fabricación del Generador 1 Un 814320 814320

Material para la Fabricación del Conversor 1 Un 237800 237800

Material y Servicio para la puesta en marcha del Aerogenerador 1 Un 290000 290000

Material para el acumulador y rectificador del sistema 1 Un 603200 603200

Material y Servicio para la puesta en marcha del Sistema de

Iluminación1 Un 794720 794720

Mantenimiento Anual del sistema 1 Un 70000 70000

Costo Total 3013040

Cantidad



: Energía eléctrica anual producida (kW/Año)

: Costo unitario variable ($/kWh)

Los Aerogeneradores se proyectan y se construyen para una vida útil de unos 20 años (López, 2013, pág.

257).

La tabla (6.7) muestra que el costo total de la Puesta en marcha del proyecto es de 3‟013.040 [$].

En el subcapítulo (4.5) se determinó que la energía producida para suplir el sistema tendrá que ser de 0.11

[kW], en base a ello y al hecho de suponer que el sistema de Autogeneración funcionara 12 horas del día a

velocidad promedio los 365 días del año, la energía anual producida bajo esta condición estará dada por la

ecuación (6.2):

Ecuación 6.2: Energía Anual Producida funcionando 12 horas en el día

Dado que el resto de tiempo es decir tarde-noche-madrugada el sistema seguirá produciendo energía pero no a

la misma velocidad promedio de diseño, se contempla y asume que en este tiempo el sistema podría llegar a

producir un 60% de la energía anual producida en la ecuación (6.2), de modo que la energía anual producida

se muestra en la ecuación (6.3)

Ecuación 6.3: Energía Anual Producida funcionado las 24 horas del día

El costo unitario variable se refiere a los costos de mantenimiento, financiación e imprevistos, para el presente

proyecto solo se asumirán los asociados al mantenimiento general del sistema, en la tabla (6.7), se muestra

que corresponde a 70.000 $ anuales, de modo que en la ecuación (6.4) se calcula el costo unitario variable de

la instalación.

Ecuación 6.4: Costo Unitario Variable

En la ecuación (6.5) se calcula el costo de la energía, según los parámetros anteriormente definidos.

Ecuación 6.5: Costo de la energía para el proyecto.



De modo que el costo de la energía se estima en , el cual es un valor considerable, frente a los

329 , que cobra el operador de Red (CREG, 2013).

Por otro lado es de anotar que el precio calculado en la ecuación (6.4), no considera los costos de imprevistos,

financiación, y demás costos no estimados en el presente proyecto, pero que en un proyecto de gran escala

serán de gran importancia.

6.4. Periodo de recuperación de la inversión

El tiempo que transcurre desde que se hace la inversión en el año cero o inicial hasta que se recupera la

inversión se conoce como periodo de regresión, básicamente la diferencia entre los gastos e ingresos. Los

gastos de inversión son los que se denominan como; inversión inicial, costos de operación y costos de

mantenimiento. Los ingresos energéticos se traducen en ingresos económicos puesto que hay un ahorro

energético al no utilizar combustibles fósiles o fuentes de anergia por las que se pueda generar algún costo.

Teniendo en cuenta el costo del kWh que el operador de red (CODENSA) cobra en Altos de Cazucá, es fácil

determinar el tiempo de recuperación de la inversión inicial del proyecto con lo cual se entrara a ver la

viabilidad económica del proyecto para una fututa implementación no solo en la zona de estudio, sino que

también en zonas aledañas que puedan cumplir con algunas condiciones necesarias que permitan la inclusión

de un proyecto de esta envergadura.

El costo del kWh en Altos de Cazucá es de $ 329.4360 kWh (CREG, 2013). Teniendo en cuenta esto, y

partiendo del hecho de que el sistema de iluminación tiene una potencia demandada de 0.07 [kW], que

funcionara por al menos12 horas diarias los 360 días del año durante 20 años, se calcula el costo de la energía

si el predio comercial se iluminara con el suministro de energía del operador de red.

En la ecuación (6.3) se calcula el costo de la energía si el operador de red energiza el sistema de iluminación

del predio, por 12 horas diarias los 365 días del año, a un costo del kW/H constante de 329.4 Pesos.

Ecuación 6.5: Costo de la energía Anual con la red del operador.

Teniendo en cuenta que el sistema de Aerogeneración produce 963.6 kWh en un Año, genera un panorama

más abierto puesto la energía que no se utilice en la iluminación exterior del predio comercial, puede ser

utilizada en el consumo al interior del predio comercial. Con lo que se podría decir que inicialmente el costo

que realmente se estaría ahorrando sería el siguiente el excedente de la energía necesaria para iluminar el

predio comercial.

En la ecuación (6.6) se calcula el ahorro energético gracias al sistema de Aerogeneración.

Ecuación 6.6: Costo de la energía Anual con la red del operador.

En la ecuación (6.7) se calcula el tiempo de retorno de la inversión hecha para la puesta en marcha de sistema

de generación eólica.



Ecuación 6.7: Tiempo de retorno de la Inversión

La ecuación (6.7) indica que el periodo de recuperación de la inversión será de 12 años aproximadamente.

Como dato adicional se cotizaron los componentes por separado, para así determinar cuánto puede costar

armar un sistema de generación en base a partes y equipos que se comercializan en el mercado de energías

alternativas. Tal cotización se resume en la tabla

Tabla 6.8 “Costo de la Puesta en marcha del Aerogenerador importado”

Fuente: (Autores)

Para fines de este proyecto se va a calcular el costo de la energía de implementarse el aerogenerador

importado.

En la ecuación (6.8) se calcula el costo del sistema de generación cotizado.

Ecuación 6.8: Costo de la energía del sistema de generación cotizado

Por otra parte en la ecuación (6.9) se calcula el tiempo de retorno de la inversión hecha para implementar el

sistema de generación cotizado

Ecuación 6.9: Tiempo de retorno de la Inversión para el sistema cotizado.

MaterialValor

Unidad [$]

Valor

Total [$]

Aerogenerador de 400 W marca TEKNOSOLAR (Incluye

Aeroturbinas, generador eléctrico, y regulador)1 Un 3364000 3364000

Batería VRL Monoblock 71.8Ah - 9H / 24V 5 Un 40000 200000

Conversor DC/AC 200 W (Marca RENERGI) 1 Un 410000 410000

Luminaria de Tecnología Led (SCHREDERAMPERA MINI/

5120/ 8 LEDS 350 mACW/ 335672(1.000))7 Un 40000 280000

Costo puesta en marcha del proyecto (Incluye obra civil y

eléctrica)1 Un 160000 160000

Total 4414000

IVA 874240

Costo Total 5288240

Cantidad



De acuerdo a las ecuaciones (6.8) y (6.9), es evidente inferir que actualmente y sin la reglamentación de la ley

1715 el costo de importación de un sistema de generación eólico que supla las necesidades del presente

proyecto es bastante elevado en comparación con el diseñado, además el costo de la energía supera

notablemente al ofertado por el operador de red, finalmente de implementarse el periodo de recuperación de la

inversión será de 21 años aproximadamente, lo cual hace inviable el proyecto.

6.5. Tabla de amortización

Esta tabla tiene como objetivo determinar los pagos periódicos en abono al capital invertido en el proyecto,

dichos pagos pueden ser siempre de un mimo valor, o variables en el tiempo estimado, en un sistema de

amortización la es cancelada en cantidad de cuotas, que no siempre son iguales y que además se pagan en

periodos de tiempo iguales, este diseño no busca ahondar en el tema de amortización, pero si requirió realizar

un pequeño análisis por medio de la tabla de amortización, que resumiera la cantidad de tiempo y el número

de cuotas con las que se pagaría al proyecto si se decidiera implementar, se dará como parámetro un interés

constante a la inversión inicial, esta inversión inicial será tomada como deuda que se irá pagando a medida

que el sistema de Aerogeneración produzca ganancias, de esta manera se determinara en qué periodo de

tiempo la inversión inicial queda saldada por completo.

La tabla (7.7) indica el periodo de amortización de la inversión el cual es de 165 meses, es decir el tiempo

exacto en el cual se recupera la inversión inicial, ello se calculó partiendo del hecho que el interés efectivo

mensual que se cobrara es del 2.5% EM basado en la tasa de usura establecida por la súper intendencia de

industria y comercio (super intendencia de industria y comercio, 2014) la cual estableció para el primer

trimestre del año 2014 una tasa de interés efectivo anual de 29.48%, al realizar la conversión del interés

efectivo anual (IEA) al interés efectivo mensual (IEM) esto genera un IEM de 2,48% el cual se tuvo en cuenta

para la realización de la tabla de amortización.

Partiendo del hecho de que el sistema de generación eólico para implementarlo en un sistema de iluminación,

es un proyecto amigable con el medio ambiente y con el desarrollo de la comunidad, puesto que se espera que

los índices de inseguridad en la zona de Altos de Cazucá-Cundinamarca disminuyan, además del hecho que el

periodo de recuperación de la inversión y el tiempo en que se salda la deuda por completo es de 12 años, el

proyecto se considera económicamente viable.



CONCLUSIONES GENERALES

Hoy por hoy Bogotá cuenta con una amplia gama de información acerca del estado actual e histórico

de los vientos sobre la ciudad, llegando a tener registros de hasta 9 años, esto para algunas zonas

exclusivas de la ciudad, de modo que en el estudio del comportamiento del viento, la información no

es un obstáculo en este tipo de proyectos donde se trabaja con un recurso renovable como lo es el

viento.

Es importante conocer y entender que la potencia recuperable por una Aeroturbina solo llegara a ser

en el mejor de los casos del 45% de la energía disponible en el sitio de emplazamiento, lo cual lleva

a pensar que su diseño y fabricación deberá ser lo más meticulosamente posible, además que todo los

componentes del sistema deberán cumplir con los más altos estándares de eficiencia.

El sistema de generación eólica brinda una nueva posibilidad energética para sectores marginados de

la ciudad, donde proyectos como este, darán una solución no solo amigable con el medio ambiente

sino que también brindara un avance tecnológico hacia futuras investigaciones.

Por medio del diseño se demuestra que para iluminar eficientemente el exterior de un predio

comercial de 72 en Altos de Cazucá solo se necesita un Aerogenerador Tripala de 1.5 metros

de diámetro.

Por medio de las lecturas de iluminación hechas a las vías que colindan con el predio comercial, se

demuestra que no cumplen con la iluminancia media exigida por el RETILAP.

El proyecto demuestra ser viable legalmente, técnica y económicamente, ya que muestra un periodo

de recuperación menor a 13 años, en el cual se espera generar el suficiente impacto social para una

masiva implementación.



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CAPÍTULO 7 ANEXOS

ANEXO 7.1: DATOS RECOPILADOS DE LA VELOCIDAD DEL VIENTO EN LA

ESTACIÓN CAZUCÁ PARA EL AÑO 2006

Figura 7.1 “Informe de la velocidad del viento del el año 2006” Tomado de: Informe anual del año 2006 RMCAB.



ANEXO 7.2: DATOS RECOPILADOS DE LA VELOCIDAD Y DIRECCIÓN DEL

VIENTO EN BOGOTÁ PARA EL AÑO 2010

Figura 7.2 “Velocidad promedio diaria de los vientos durante el año 2010 por franjas

horarias” Adaptado de: (Red de Monitoreo de la Calidad del Aire en Bogotá, 2010, pág. 5)



Figura 7.3 “Datos del primer trimestre del año 2010” Adaptado de (Red de monitoreo de la Calidad del Aire en Bogotá, 2010, pág. 69)



Figura 7.4 “Datos del segundo trimestre del año 2010” Adaptado de (Red de monitoreo de la Calidad del Aire de Bogotá, 2010, pág. 72)



Figura 7.5 “Datos del tercer trimestre del año 2010” Adaptado de (Red de Monitoreo de la Calidad del Aire de Bogotá, 2010)





Figura 7.6 “Datos de los 4 trimestres del año 2011 para la primer franja horaria” Adaptado de (Red de Monitoreo de la Calidad del Aire de Bogotá, 2011, págs. 137-142)



Figura 7.7 “Datos de los 4 trimestres del año 2011 para la segunda franja horaria” Tomado de (Red de Monitoreo de la Calidad del Aire de Bogotá, 2011, págs. 137-142)



Figura 7.8 “Datos de los 4 trimestres del año 2011 para la tercera franja horaria” Tomado de: (Red de Monitoreo de la Calidad del Aire de Bogotá, 2011, págs. 137-142)



Figura 7.9 “Datos de los 4 trimestres del año 2011 para la cuarta franja horaria” Tomado de (Red de Monitoreo de la Calidad del Aire de Bogotá, 2011, págs. 137-142)





Para el presente anexo, la clasificación de las intensidades eólicas se rigen bajo la figura 7.10.

Figura 7.10 “Intensidades eólicas” Tomado de (Red de Monitoreo de la Calidad del Aire de Bogotá, 2011, pág. 136)



Figura 7.11 “Datos de los 4 trimestres del año 2011 para la primera franja horaria” Tomado de: (Red de Monitoreo de la Calidad del Aire de Bogotá, 2012, págs. 136-140)



Figura 7.12 “Datos de los 4 trimestres del año 2011 para la segunda franja horaria” Tomado de: (Red de Monitoreo de la Calidad del Aire de Bogotá, 2012, págs. 136-140)



Figura 7.13 “Datos de los 4 trimestres del año 2011 para la tercera franja horaria” Tomado de (Red de Monitoreo de la Calidad del Aire de Bogotá, 2012, págs. 136-140)



Figura 7.14 “Datos de los 4 trimestres del año 2011 para la cuarta franja horaria” Tomado de (Red de Monitoreo de la Calidad del Aire de Bogotá, 2012, págs. 136-140)



ENERO FEBRERO MARZO ABRIL MAYO JUNIO JULIO AGOSTO SEPTIEMBRE AGOSTO NOVIEMBRE DICIEMBRE

1 6 1,63 1,63 1,63 1,63 1,63 1,63 1,63 1,63 1,63 1,63 1,63 1,63 1,63

2 6 2,63 2,63 2,63 2,63 2,63 2,63 2,75 2,75 2,75 2,28 2,28 2,28 2,57

3 6 3,43 3,43 3,43 3,68 3,68 3,68 3,90 3,90 3,90 3,65 3,65 3,65 3,66

4 6 2,58 2,58 2,58 2,58 2,58 2,58 2,68 2,68 2,68 2,70 2,70 2,70 2,63

2,56 2,56 2,56 2,63 2,63 2,63 2,74 2,74 2,74 2,56 2,56 2,56

1,5 4,5

Valor Minimo

de Velocidad

(m/s)

Valor

Maximo de

Velocidad

(m/s)

VELOCIDAD PROMEDIO POR MESES (m/s)

Velocidad

promedio

Anual (m/s)

1 am - 6 am

2,626 am - 12 pm

1 pm - 6 pm

7 pm - 12 am

Franja

horaria

Franjas

Horarias

Intensidad

Horaria

PROMEDIO DE VELOCIDADES DE LOS AÑOS (2006, 2010, 2011, 2012) (m/s) Velocidad promedio

por franja horaria

(m/s)

ANEXO 7.5: TABLAS DE VELOCIDADES DEL VIENTO CAZUCÁ PARA LOS

AÑOS (2006, 2010, 2011, 2012)

Tabla 7.1 “Velocidad Promedio para el año 2006”

Tomado de: (Autores)







Tabla 7.5 “Velocidad Promedio de los años (2006, 2010, 2011, 2012)”



1 6 1,7 1,7 1,7 1,7 1,7 1,7 1,7 1,7 1,7 1,7 1,7 1,7 1,7

2 6 3,8 3,8 3,8 3,8 3,8 3,8 3,8 3,8 3,8 3,8 3,8 3,8 3,8

3 6 4,5 4,5 4,5 4,5 4,5 4,5 4,5 4,5 4,5 4,5 4,5 4,5 4,5

4 6 4 4 4 4 4 4 4 4 4 4 4 4 4

3,5 3,5 3,5 3,5 3,5 3,5 3,5 3,5 3,5 3,5 3,5 3,5VELOCIDAD PROMEDIO POR MESES (m/s)

Franja

horaria

Franjas

Horarias

Intensidad

Horaria

1 am - 6 am

3,56 am - 12 pm

1 pm - 6 pm

7 pm - 12 am

Velocidad promedio

por franja horaria

(m/s)

Velocidad

promedio

Anual (m/s)

VELOCIDAD PROMEDIO PARA LOS 12 MESES DEL AÑO 2006 (m/s)

1,7 4,5

Valor Minimo

de Velocidad

(m/s)

Valor

Maximo de

Velocidad

(m/s)


1 6 1,5 1,5 1,5 1,5 1,5 1,5 1,5 1,5 1,5 1,5 1,5 1,5 1,5

2 6 2 2 2 2 2 2 2,5 2,5 2,5 2 2 2 2,125

3 6 3 3 3 3,5 3,5 3,5 3,5 3,5 3,5 3 3 3 3,25

4 6 2,5 2,5 2,5 2 2 2 2 2 2 2,5 2,5 2,5 2,25

2,25 2,25 2,25 2,25 2,25 2,25 2,38 2,38 2,38 2,25 2,25 2,25

VELOCIDAD PROMEDIO PARA LOS 12 MESES DEL AÑO 2010 (m/s) Intensidad

Horaria

Franjas

Horarias

Franja

horaria

Velocidad promedio

por franja horaria

(m/s)


1 am - 6 am

6 am - 12 pm

1 pm - 6 pm

7 pm - 12 am

Velocidad

promedio

Anual (m/s)

Valor Minimo

de Velocidad

(m/s)

Valor

Maximo de

Velocidad

(m/s)

1,5 32,28


1 6 1,5 1,5 1,5 1,5 1,5 1,5 1,5 1,5 1,5 1,5 1,5 1,5 1,5

2 6 2 2 2 2 2 2 2 2 2 1,5 1,5 1,5 1,88

3 6 3,5 3,5 3,5 3,5 3,5 3,5 3,5 3,5 3,5 3,5 3,5 3,5 3,5

4 6 1,5 1,5 1,5 2 2 2 2 2 2 2 2 2 1,88

2,13 2,13 2,125 2,25 2,25 2,25 2,25 2,25 2,25 2,13 2,13 2,13

Velocidad

promedio

Anual (m/s)

Valor Minimo

de Velocidad

(m/s)

Valor

Maximo de

Velocidad

(m/s)

1,5 3,52,1875

Velocidad promedio

por franja horaria

(m/s)

VELOCIDAD PROMEDIO PARA LOS 12 MESES DEL AÑO 2011 (m/s) Franja

horaria

Franjas

Horarias

Intensidad

Horaria


6 am - 12 pm

1 am - 6 am

1 pm - 6 pm

7 pm - 12 am


1 6 1,8 1,8 1,8 1,8 1,8 1,8 1,8 1,8 1,8 1,8 1,8 1,8 1,8

2 6 2,7 2,7 2,7 2,7 2,7 2,7 2,7 2,7 2,7 1,8 1,8 1,8 2,48

3 6 2,7 2,7 2,7 3,2 3,2 3,2 4,1 4,1 4,1 3,6 3,6 3,6 3,4

4 6 2,3 2,3 2,3 2,3 2,3 2,3 2,7 2,7 2,7 2,3 2,3 2,3 2,4

2,38 2,38 2,38 2,5 2,5 2,5 2,83 2,83 2,83 2,38 2,38 2,38

1,8 3,62,518751 pm - 6 pm

7 pm - 12 am

Velocidad promedio

por franja horaria

(m/s)

Velocidad

promedio

Anual (m/s)

VELOCIDAD PROMEDIO PARA LOS 12 MESES DEL AÑO 2012 (m/s) Franjas

Horarias

Intensidad

Horaria


1 am - 6 am

6 am - 12 pm

Franja

horaria

Valor Minimo

de Velocidad

(m/s)

Valor

Maximo de

Velocidad

(m/s)



ANEXO 7.6: REGISTRO FOTOGRÁFICO DEL ESTADO ACTUAL DE LA

ILUMINACIÓN EXTERIOR

Figura 7.15 “Estado actual de la iluminación en la calzada principal” Tomado de: (Autores)

Figura 7.16 “Estado actual de la calzada secundaria” Tomado de: (Autores)



Figura 7.17 “Estado actual de la luminaria en cerca al predio sobre la calzada secundaria” Tomado de: (Autores)

Figura 7.18 “Estado actual de la luminaria más cercana al predio sobre la calzada

principal” Tomado de: (Autores)



Figura 7.19 “Medidas hechas sobre la calzadas” Tomado de: (Autores)



ANEXO 7.7: ESTADO ACTUAL DE LAS CALZADAS CON LAS QUE COLINDA EL

PREDIO COMERCIAL

Figura 7.20 “Estado actual de las calzadas con las que colinda el predio comercial”

Tomado de: (Google Maps)



ANEXO 7.8: RESULTADOS DE LA PRUEBA DE ILUMINACIÓN AL EXTERIOR

DEL PREDIO COMERCIAL

# Data UNIT TIME # Data UNIT TIME # Data UNIT TIME # Data UNIT TIME # Data UNIT TIME

1 5.7 Lux 10-07-14/19:45:51 1 6.1 Lux 10-07-14/19:41:30 1 2.8 Lux 10-07-14/19:32:55 1 0.6 Lux 10-07-14/19:31:25 1 2.6 Lux 10-07-14/19:28:10




5 8.1 Lux 10-07-14/19:45:55 5 6.6 Lux 10-07-14/19:41:34 5 2.8 Lux 10-07-14/19:32:59 5 1 Lux 10-07-14/19:31:29 5 1.6 Lux 10-07-14/19:28:14

6 8.3 Lux 10-07-14/19:45:56 6 6.8 Lux 10-07-14/19:41:35 6 3 Lux 10-07-14/19:33:00 6 2.7 Lux 10-07-14/19:31:30 6 1.6 Lux 10-07-14/19:28:15




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VÍA PRINCIPAL VÍA SECUNDARIA ANDEN 1 VÍA PRINCIPAL ANDEN 2 VÍA PRINCIPAL ANDEN VÍA SECUNDARIA

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105 9.6 Lux 10-07-14/19:47:35 105 5.5 Lux 10-07-14/19:43:14 105 3.7 Lux 10-07-14/19:34:39

106 9.4 Lux 10-07-14/19:47:36 106 4.9 Lux 10-07-14/19:43:15 106 3.2 Lux 10-07-14/19:34:40

107 8.7 Lux 10-07-14/19:47:37 107 4.8 Lux 10-07-14/19:43:16 107 3.5 Lux 10-07-14/19:34:41

108 8.6 Lux 10-07-14/19:47:38 108 4.6 Lux 10-07-14/19:43:17

109 7.7 Lux 10-07-14/19:47:39 109 5.5 Lux 10-07-14/19:43:18

110 8.4 Lux 10-07-14/19:47:40 110 5 Lux 10-07-14/19:43:19

111 5 Lux 10-07-14/19:47:41 111 4.8 Lux 10-07-14/19:43:20

112 4.3 Lux 10-07-14/19:47:42 112 4.5 Lux 10-07-14/19:43:21

113 4.8 Lux 10-07-14/19:47:43 113 4.3 Lux 10-07-14/19:43:22

114 6 Lux 10-07-14/19:47:44 114 4 Lux 10-07-14/19:43:23

115 6.9 Lux 10-07-14/19:47:45 115 3.5 Lux 10-07-14/19:43:24

116 7.5 Lux 10-07-14/19:47:46 116 4.6 Lux 10-07-14/19:43:25

117 7.1 Lux 10-07-14/19:47:47 117 4.6 Lux 10-07-14/19:43:26

118 8.1 Lux 10-07-14/19:47:48 118 4.4 Lux 10-07-14/19:43:27



119 8.5 Lux 10-07-14/19:47:49 119 4.3 Lux 10-07-14/19:43:28

120 8.6 Lux 10-07-14/19:47:50 120 3.5 Lux 10-07-14/19:43:29

121 7.6 Lux 10-07-14/19:47:51 121 4 Lux 10-07-14/19:43:30

122 7.7 Lux 10-07-14/19:47:52 122 4.3 Lux 10-07-14/19:43:31

123 8.8 Lux 10-07-14/19:47:53 123 4.3 Lux 10-07-14/19:43:32

124 9 Lux 10-07-14/19:47:54 124 4 Lux 10-07-14/19:43:33

125 6.8 Lux 10-07-14/19:47:55 125 4.2 Lux 10-07-14/19:43:34

126 7.7 Lux 10-07-14/19:47:56 126 3.8 Lux 10-07-14/19:43:35

127 7.9 Lux 10-07-14/19:47:57 127 3.3 Lux 10-07-14/19:43:36

128 6.8 Lux 10-07-14/19:47:58 128 3.6 Lux 10-07-14/19:43:37

129 7.3 Lux 10-07-14/19:47:59 129 4.2 Lux 10-07-14/19:43:38

130 9.3 Lux 10-07-14/19:48:00 130 4.3 Lux 10-07-14/19:43:39

131 11 Lux 10-07-14/19:48:01 131 4.4 Lux 10-07-14/19:43:40

132 8.2 Lux 10-07-14/19:48:02 132 4.1 Lux 10-07-14/19:43:41

133 6.4 Lux 10-07-14/19:48:03 133 4.3 Lux 10-07-14/19:43:42

134 7.6 Lux 10-07-14/19:48:04 134 4.2 Lux 10-07-14/19:43:43

135 7.4 Lux 10-07-14/19:48:05 135 4.3 Lux 10-07-14/19:43:44

136 8.1 Lux 10-07-14/19:48:06 136 4.1 Lux 10-07-14/19:43:45

137 10 Lux 10-07-14/19:48:07 137 2 Lux 10-07-14/19:43:46

138 8.8 Lux 10-07-14/19:48:08 138 3.7 Lux 10-07-14/19:43:47

139 8.5 Lux 10-07-14/19:48:09 139 2.1 Lux 10-07-14/19:43:48

140 8.2 Lux 10-07-14/19:48:10 140 3.1 Lux 10-07-14/19:43:49

141 8.2 Lux 10-07-14/19:48:11 141 4 Lux 10-07-14/19:43:50

142 8.4 Lux 10-07-14/19:48:12 142 4.3 Lux 10-07-14/19:43:51

143 8.3 Lux 10-07-14/19:48:13 143 3.9 Lux 10-07-14/19:43:52

144 6.4 Lux 10-07-14/19:48:14 144 3.5 Lux 10-07-14/19:43:53

145 5 Lux 10-07-14/19:48:15 145 1.9 Lux 10-07-14/19:43:54

146 4.9 Lux 10-07-14/19:48:16 146 0.8 Lux 10-07-14/19:43:55

147 7.2 Lux 10-07-14/19:48:17 147 2 Lux 10-07-14/19:43:56

148 9.3 Lux 10-07-14/19:48:18



149 8.1 Lux 10-07-14/19:48:19

150 13 Lux 10-07-14/19:48:20

151 13 Lux 10-07-14/19:48:21

152 14 Lux 10-07-14/19:48:22

153 14 Lux 10-07-14/19:48:23

154 15 Lux 10-07-14/19:48:24

155 15 Lux 10-07-14/19:48:25

156 13 Lux 10-07-14/19:48:26

157 14 Lux 10-07-14/19:48:27

158 15 Lux 10-07-14/19:48:28

159 13 Lux 10-07-14/19:48:29

160 12 Lux 10-07-14/19:48:30

161 13 Lux 10-07-14/19:48:31

162 13 Lux 10-07-14/19:48:32

163 13 Lux 10-07-14/19:48:33

164 14 Lux 10-07-14/19:48:34

165 15 Lux 10-07-14/19:48:35

166 14 Lux 10-07-14/19:48:36

167 11 Lux 10-07-14/19:48:37

168 13 Lux 10-07-14/19:48:38

169 9.2 Lux 10-07-14/19:48:39

170 6.7 Lux 10-07-14/19:48:40

171 7 Lux 10-07-14/19:48:41

172 10 Lux 10-07-14/19:48:42

173 13 Lux 10-07-14/19:48:43

174 11 Lux 10-07-14/19:48:44

175 14 Lux 10-07-14/19:48:45

176 9.3 Lux 10-07-14/19:48:46

177 7.9 Lux 10-07-14/19:48:47

178 6.3 Lux 10-07-14/19:48:48

179 6.9 Lux 10-07-14/19:48:49

180 5.8 Lux 10-07-14/19:48:50

181 5.9 Lux 10-07-14/19:48:51

182 3.8 Lux 10-07-14/19:48:52

183 4.7 Lux 10-07-14/19:48:53

184 4.8 Lux 10-07-14/19:48:54

185 5.4 Lux 10-07-14/19:48:55

186 5.6 Lux 10-07-14/19:48:56

187 5.6 Lux 10-07-14/19:48:57

188 7.8 Lux 10-07-14/19:48:58

189 6.8 Lux 10-07-14/19:48:59

190 5.7 Lux 10-07-14/19:49:00

191 6.2 Lux 10-07-14/19:49:01

192 5.4 Lux 10-07-14/19:49:02

193 7.3 Lux 10-07-14/19:49:03

194 8.1 Lux 10-07-14/19:49:04

195 6.7 Lux 10-07-14/19:49:05

196 6.1 Lux 10-07-14/19:49:06

197 7.3 Lux 10-07-14/19:49:07

198 5.9 Lux 10-07-14/19:49:08

199 11 Lux 10-07-14/19:49:09

200 12 Lux 10-07-14/19:49:10

201 7 Lux 10-07-14/19:49:11

202 7.5 Lux 10-07-14/19:49:12

203 13 Lux 10-07-14/19:49:13

204 3.9 Lux 10-07-14/19:49:14

205 3.1 Lux 10-07-14/19:49:15

206 3.3 Lux 10-07-14/19:49:16

207 3.8 Lux 10-07-14/19:49:17

208 3.6 Lux 10-07-14/19:49:18



Tabla 7.6 “Medidas de Iluminación”


209 3.9 Lux 10-07-14/19:49:19

210 3.8 Lux 10-07-14/19:49:20

211 4.7 Lux 10-07-14/19:49:21

212 4.4 Lux 10-07-14/19:49:22

213 4.5 Lux 10-07-14/19:49:23

214 4.4 Lux 10-07-14/19:49:24

215 4.8 Lux 10-07-14/19:49:25

216 6.2 Lux 10-07-14/19:49:26

217 5.1 Lux 10-07-14/19:49:27

218 5.2 Lux 10-07-14/19:49:28

219 5.3 Lux 10-07-14/19:49:29

220 5.4 Lux 10-07-14/19:49:30

221 5.4 Lux 10-07-14/19:49:31

222 5.8 Lux 10-07-14/19:49:32

223 6.5 Lux 10-07-14/19:49:33

224 6.7 Lux 10-07-14/19:49:34

225 6.8 Lux 10-07-14/19:49:35

226 6.8 Lux 10-07-14/19:49:36

227 7.4 Lux 10-07-14/19:49:37

228 8.2 Lux 10-07-14/19:49:38

229 7.3 Lux 10-07-14/19:49:39

230 7.4 Lux 10-07-14/19:49:40

231 7.5 Lux 10-07-14/19:49:41

232 8.6 Lux 10-07-14/19:49:42

233 9.1 Lux 10-07-14/19:49:43

234 8.5 Lux 10-07-14/19:49:44

235 8.4 Lux 10-07-14/19:49:45

236 8.4 Lux 10-07-14/19:49:46

237 8.9 Lux 10-07-14/19:49:47

238 9.7 Lux 10-07-14/19:49:48

239 10 Lux 10-07-14/19:49:49

240 12 Lux 10-07-14/19:49:50

241 12 Lux 10-07-14/19:49:51

242 8.9 Lux 10-07-14/19:49:52

243 8.6 Lux 10-07-14/19:49:53

244 8.1 Lux 10-07-14/19:49:54

245 7.6 Lux 10-07-14/19:49:55

246 6.8 Lux 10-07-14/19:49:56

247 6.9 Lux 10-07-14/19:49:57

248 4.3 Lux 10-07-14/19:49:58

249 7.1 Lux 10-07-14/19:49:59



ANEXO 7.9: DATOS DE LA PLANIFICACIÓN PARA EL DISEÑO DE

ILUMINACIÓN

Figura 7.21 “Datos de Planificación” Tomado de: (Dialux 4.12)



PERIO DO

[Mes]

PAGO

MENSUAL

[$]

INTERÉS

[$]

CUO TA A

CAPITAL

[$]

SALDO DE

CAPITAL [$]

0 0 0 $0 $3,445,120

1 $103,606 $82,683 $20,924 $3,424,196

2 $103,104 $82,181 $20,924 $3,403,273

3 $102,602 $81,679 $20,924 $3,382,349

4 $102,100 $81,176 $20,924 $3,361,426

5 $101,598 $80,674 $20,924 $3,340,502

6 $101,096 $80,172 $20,924 $3,319,578

7 $100,593 $79,670 $20,924 $3,298,655

8 $100,091 $79,168 $20,924 $3,277,731

9 $99,589 $78,666 $20,924 $3,256,808

10 $99,087 $78,163 $20,924 $3,235,884

11 $98,585 $77,661 $20,924 $3,214,960

12 $98,083 $77,159 $20,924 $3,194,037

13 $97,580 $76,657 $20,924 $3,173,113

14 $97,078 $76,155 $20,924 $3,152,189

15 $96,576 $75,653 $20,924 $3,131,266

16 $96,074 $75,150 $20,924 $3,110,342

17 $95,572 $74,648 $20,924 $3,089,419

18 $95,070 $74,146 $20,924 $3,068,495

19 $94,567 $73,644 $20,924 $3,047,571

20 $94,065 $73,142 $20,924 $3,026,648

21 $93,563 $72,640 $20,924 $3,005,724

22 $93,061 $72,137 $20,924 $2,984,801

23 $92,559 $71,635 $20,924 $2,963,877

24 $92,057 $71,133 $20,924 $2,942,953

25 $91,554 $70,631 $20,924 $2,922,030

26 $91,052 $70,129 $20,924 $2,901,106

27 $90,550 $69,627 $20,924 $2,880,183

28 $90,048 $69,124 $20,924 $2,859,259

29 $89,546 $68,622 $20,924 $2,838,335

30 $89,044 $68,120 $20,924 $2,817,412

31 $88,541 $67,618 $20,924 $2,796,488

32 $88,039 $67,116 $20,924 $2,775,564

33 $87,537 $66,614 $20,924 $2,754,641

34 $87,035 $66,111 $20,924 $2,733,717

35 $86,533 $65,609 $20,924 $2,712,794

36 $86,031 $65,107 $20,924 $2,691,870

37 $85,528 $64,605 $20,924 $2,670,946

38 $85,026 $64,103 $20,924 $2,650,023

39 $84,524 $63,601 $20,924 $2,629,099

40 $84,022 $63,098 $20,924 $2,608,176

41 $83,520 $62,596 $20,924 $2,587,252

42 $83,018 $62,094 $20,924 $2,566,328

43 $82,515 $61,592 $20,924 $2,545,405

44 $82,013 $61,090 $20,924 $2,524,481

45 $81,511 $60,588 $20,924 $2,503,558

46 $81,009 $60,085 $20,924 $2,482,634

47 $80,507 $59,583 $20,924 $2,461,710

48 $80,005 $59,081 $20,924 $2,440,787

49 $79,502 $58,579 $20,924 $2,419,863

50 $79,000 $58,077 $20,924 $2,398,939

51 $78,498 $57,575 $20,924 $2,378,016

52 $77,996 $57,072 $20,924 $2,357,092

53 $77,494 $56,570 $20,924 $2,336,169

54 $76,992 $56,068 $20,924 $2,315,245

55 $76,489 $55,566 $20,924 $2,294,321

56 $75,987 $55,064 $20,924 $2,273,398

57 $75,485 $54,562 $20,924 $2,252,474

58 $74,983 $54,059 $20,924 $2,231,551

59 $74,481 $53,557 $20,924 $2,210,627

60 $73,979 $53,055 $20,924 $2,189,703

ANEXO 7.10: TABLA DE AMORTIZACIÓN REALIZADA

3013000

144

20923.6

2.40%

Deuda:

Tiempo Retorno Inversión:

Pago Mensual:

Interés:



61 $73,476 $52,553 $20,924 $2,168,780

62 $72,974 $52,051 $20,924 $2,147,856

63 $72,472 $51,549 $20,924 $2,126,933

64 $71,970 $51,046 $20,924 $2,106,009

65 $71,468 $50,544 $20,924 $2,085,085

66 $70,966 $50,042 $20,924 $2,064,162

67 $70,463 $49,540 $20,924 $2,043,238

68 $69,961 $49,038 $20,924 $2,022,314

69 $69,459 $48,536 $20,924 $2,001,391

70 $68,957 $48,033 $20,924 $1,980,467

71 $68,455 $47,531 $20,924 $1,959,544

72 $67,953 $47,029 $20,924 $1,938,620

73 $67,450 $46,527 $20,924 $1,917,696

74 $66,948 $46,025 $20,924 $1,896,773

75 $66,446 $45,523 $20,924 $1,875,849

76 $65,944 $45,020 $20,924 $1,854,926

77 $65,442 $44,518 $20,924 $1,834,002

78 $64,940 $44,016 $20,924 $1,813,078

79 $64,437 $43,514 $20,924 $1,792,155

80 $63,935 $43,012 $20,924 $1,771,231

81 $63,433 $42,510 $20,924 $1,750,308

82 $62,931 $42,007 $20,924 $1,729,384

83 $62,429 $41,505 $20,924 $1,708,460

84 $61,927 $41,003 $20,924 $1,687,537

85 $61,424 $40,501 $20,924 $1,666,613

86 $60,922 $39,999 $20,924 $1,645,689

87 $60,420 $39,497 $20,924 $1,624,766

88 $59,918 $38,994 $20,924 $1,603,842

89 $59,416 $38,492 $20,924 $1,582,919

90 $58,914 $37,990 $20,924 $1,561,995

91 $58,411 $37,488 $20,924 $1,541,071

92 $57,909 $36,986 $20,924 $1,520,148

93 $57,407 $36,484 $20,924 $1,499,224

94 $56,905 $35,981 $20,924 $1,478,301

95 $56,403 $35,479 $20,924 $1,457,377

96 $55,901 $34,977 $20,924 $1,436,453

97 $55,398 $34,475 $20,924 $1,415,530

98 $54,896 $33,973 $20,924 $1,394,606

99 $54,394 $33,471 $20,924 $1,373,683

100 $53,892 $32,968 $20,924 $1,352,759

101 $53,390 $32,466 $20,924 $1,331,835

102 $52,888 $31,964 $20,924 $1,310,912

103 $52,385 $31,462 $20,924 $1,289,988

104 $51,883 $30,960 $20,924 $1,269,064

105 $51,381 $30,458 $20,924 $1,248,141

106 $50,879 $29,955 $20,924 $1,227,217

107 $50,377 $29,453 $20,924 $1,206,294

108 $49,875 $28,951 $20,924 $1,185,370

109 $49,372 $28,449 $20,924 $1,164,446

110 $48,870 $27,947 $20,924 $1,143,523

111 $48,368 $27,445 $20,924 $1,122,599

112 $47,866 $26,942 $20,924 $1,101,676

113 $47,364 $26,440 $20,924 $1,080,752

114 $46,862 $25,938 $20,924 $1,059,828

115 $46,359 $25,436 $20,924 $1,038,905

116 $45,857 $24,934 $20,924 $1,017,981

117 $45,355 $24,432 $20,924 $997,058

118 $44,853 $23,929 $20,924 $976,134

119 $44,351 $23,427 $20,924 $955,210

120 $43,849 $22,925 $20,924 $934,287

121 $43,346 $22,423 $20,924 $913,363

122 $42,844 $21,921 $20,924 $892,439

123 $42,342 $21,419 $20,924 $871,516

124 $41,840 $20,916 $20,924 $850,592

125 $41,338 $20,414 $20,924 $829,669

126 $40,836 $19,912 $20,924 $808,745

127 $40,333 $19,410 $20,924 $787,821

128 $39,831 $18,908 $20,924 $766,898

129 $39,329 $18,406 $20,924 $745,974

130 $38,827 $17,903 $20,924 $725,051

131 $38,325 $17,401 $20,924 $704,127

132 $37,823 $16,899 $20,924 $683,203

133 $37,320 $16,397 $20,924 $662,280

134 $36,818 $15,895 $20,924 $641,356

135 $36,316 $15,393 $20,924 $620,433

136 $35,814 $14,890 $20,924 $599,509

137 $35,312 $14,388 $20,924 $578,585

138 $34,810 $13,886 $20,924 $557,662

139 $34,307 $13,384 $20,924 $536,738

140 $33,805 $12,882 $20,924 $515,814



141 $33,303 $12,380 $20,924 $494,891

142 $32,801 $11,877 $20,924 $473,967

143 $32,299 $11,375 $20,924 $453,044

144 $31,797 $10,873 $20,924 $432,120

145 $31,294 $10,371 $20,924 $411,196

146 $30,792 $9,869 $20,924 $390,273

147 $30,290 $9,367 $20,924 $369,349

148 $29,788 $8,864 $20,924 $348,426

149 $29,286 $8,362 $20,924 $327,502

150 $28,784 $7,860 $20,924 $306,578

151 $28,281 $7,358 $20,924 $285,655

152 $27,779 $6,856 $20,924 $264,731

153 $27,277 $6,354 $20,924 $243,808

154 $26,775 $5,851 $20,924 $222,884

155 $26,273 $5,349 $20,924 $201,960

156 $25,771 $4,847 $20,924 $181,037

157 $25,268 $4,345 $20,924 $160,113

158 $24,766 $3,843 $20,924 $139,189

159 $24,264 $3,341 $20,924 $118,266

160 $23,762 $2,838 $20,924 $97,342

161 $23,260 $2,336 $20,924 $76,419

162 $22,758 $1,834 $20,924 $55,495

163 $22,255 $1,332 $20,924 $34,571

164 $21,753 $830 $20,924 $13,648

165 $13,976 $328 $13,648 $0

Tabla 7.7 “Amortización Calculada”.

Tomado de (Autores)



ANEXO 7.11: PLANOS DEL PROYECTO

El anexo (7.11) se encuentra en el plano adjunto mostrado al final del proyecto.

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