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LOS RECURSOS ENERGETICOS DE AMERICA LATINA COMO FACTOR DE INTEGRACION Y DESARROLLO~ LA TI N AMERICAN EN ERG Y RESOU RCES AS A FACTOR 1 N 1 N íEGRATION ANO DEVELOPMENT olcde EL PAPEL DE LA ESTRATEGIA ENERGETICA EN EL DESA· RROLLO ECONOMICO DE AMERICA LATINA olftde THE ROLE OF ENERGY STRATEGIES 1N THE ECONOM IC DEVELOPMENT OF l A TIN AMERICA ~ ELEMENTOS PARA UNA METODOLOGIA OE PLANIFICACION ENERGETICA olodQ ELEMENTS OF lvll:THODOLOGY "0R CNERGY PU\NNING oladQ LA COOPERACION INTERNACIONAL EN PLANIFICACION ENERGETICA Y EN FUENTES NUEVAS Y RENOVABLES DE ENERGIA ~ INTERNA· TIONAL COOPERATION IN ENERGY PLANNlt\G AND IN THE AREA OF NEW ANO RENEWABLE SOlJ0\.ES OF ENERGY olQde MOLINOS DE VIENTO PARA FlOMBEO DE AGUA WINDM!LLS FOR DUMPING WATER

Orqanización Latinoamericana de Energía Latín American Energy Organization

Enero FcDrero/83 Jam.ar r F enruary / 83

REVISTA 1,~83 ENEROETICA 16==' ====!J

Organización Latinoamericana de Energía

.49

b. Comportamiento del viento: se explica cómo un buen comportamiento a una determinada velocidad del viento resulta en un comportamiento pobre

"a otras velocidades, ilustrando el efecto de la selección de la velocidad del viento para comportamiento óptimo con respecto a la salida de potencia total anual, y dando directivas para una buena selección de la velocidad del viento para el comportamiento óptimo .

a. Transmisión de potencia: la energía pasa del aire al rotor y de este a la 'born- ba,· por medio de la transmisión. La bomba transforma energ(a en agua elevada. Se explica cómo escoger los diversos parámetros para obtener el máximo caudal de agua, a un viento especificado, lo que significa que la eficiencia total del molino es máxima.

Este cap(tulo se propone a analizar las tres cuestiones formuladas para el problema del acoplamiento de un molino de viento a sus condiciones de operación en base a Jos siguientes parámetros.

3. ¿cómo se pronostica la salida de agua promedio anual?

2. lCómo se escoge la velocidad de viento a la cual la eficiencia es la mejor posible?

1. ¿cómo se escoge una combinación de rotor y bomba para obtener el máxi- mo caudal de agua, a una velocidad de viento especificada?

En el diseño del sistema conversor de energ(a eólica para bombeo de agua se pre-. senta el problema de su puesta en operación. Este problema se compone de 3 partes:

6.1 INTRODUCCION

CAPITULO 6 - ADECUACION DE MOLINOS DE VIENTO A SUS CONDICIONES DE OPERACION

Esta .es la cuarta y última. parte del documento, "Molinos de Viento para Bombeo de Agua", el cual ha sido publicado en cuatro entregas sucesivas en la Revista Energética de OLADE. .

4ta. Entrega*

MOLINOS DE VIENTO PARA BOMBEO DE AGUA


Figura 89 - Area Barrida por un Rotor Eólico

\ \

1 \ 1 l

VIENTO

1 1

1 1

P potencia del viento, watts p densidad del aire, kg/m3 A área barrida por el rotor, m2 (Ver Figura 89) V 00 = velocidad del viento, m/seg.

donde:

{3 - 1) 1 p = - . P • A . \1600 2

c. Observación de campo: se presenta una regla general de varios molinos, para calcular la cantidad de potencia de salida promedio anual, y, conse- cuentemente, el agua bombeada (para molinos en condiciones correctas de operación).

Aunque este análisis se refiere a molinos para bombear agua, el mismo método se puede usar para molinos que accionen otras máquinas.

6.2 OBTENCION DE LA SALIDA DE AGUA MAXIMA A UNA VELOCIDAD DE VIENTO ESPECIFICADA 6.2.1 Transmisión de Potencia en el Rotor

El rotor transforma la potencia del viento en potencia mecánica en el árbol central. La potencia que trae el viento puede ser expresada por:


51

El coeficiente de potencia (Cp) puede ser expresado en función de la celeridad (Ao) a través de la combinación de las expresiones {3-1) y (4-2). Ver Figura 91.

•

donde W se mide en radianes/seg.

Se puede observar en la Figura 90 que todas las curvas {Pmeé x W) tienen la misma forma, lo que es característico para cada rotor.

{6 - 2) (Watts) p = Q. w

La potencia en el árbol también puede ser expresada como el producto del torque Q por la velocidad angular W:

Figura 90 - Ejemplos de Curvas de Potencia de Salida de Rotores Eólicos, en función de la Velocidad Angu- lar, para distintas Velocidades de Viento.

w

La potencia de salida del rotor, en función de la velocidad angular, se presenta,generalmente, como se indica en la Figura 90.

donde Pmec es la potencia del arbol central en Watts. El coeficiente de potencia no es constante.pues cambia con el diseño y la velocidad angular del rotor.

(6 - 1) 1 P mee = Cp · 2 · P • A. V3"°

La efectividad de la transmisión de la potencia se expresa por medio del coeficiente de potencia {Cp), lo que quiere decir que parte de la potencia del viento se transforma en potencia mecánica en el árbol. central, o sea:


OJ 52

La bomba transforma energra potencial del rotor en energía potencial del agua, elevándola a un nivel superior. En este cap(tulo solamente nos referimos a bombas reciprocantes de simple efecto {Figura 92), que elevan el agua a una altura definida.

6.2.2 Transmisión de Potencia en la Bomba.

Para molinos de viento que mueven bombas reciprocantes, los valores más comu- nes de 1\0 se encuentran entre 1 y 2. ·

La transmisión más efectiva de potencia ocurre cuando Cp = Cpmáx, que es el valor máximo del coeficiente de potencia para un rotor dado. Rotores de buenos diseños pueden alcanzar valores de Cpmáx entre 0,3 y 0,4; y el valor de la celeridad, correspondiente al Cpmáx, es el llamado valor óptimo (1 < 1\0

ó3

Eg = Fv . s

Fv fuerza en el vástago, N p w den si dad del agua, 103 kg/m 3 g aceleración de la gravedad H elevación total del agua, m Ap área del pistón, m2

Por definición, la energ(a transformada en cada golpe es:

donde:

(6 - 3) F v = p w . g . H . Ap

Despreciando los efectos dinámicos y de fricción, la fuerza en el vástago (ciclo ascendente) puede expresarse como:.

Figura 92 ~ Bomba Reclprocante de Simple Efecto

1.


Esto se expresa gráficamente, sin considerar los problemas de arranque, en la Fi- gura 93.

Ignorando la forma ondulada como es producida, la potencia de salida se aumenta linealmente con el número de golpes/seg., es decir, con la velocidad angular del rotor.

Q = caudal bombeado, m3 /seg.

donde:

( 6 - .5) Pb sal = Pw · g . H . Q

Se observa que la expresión Ap . s . n es igual a la cantidad de agua bombeada cada segundo. Por eso, la potencia de salida es:

potencia de salida de la bomba, watts número de revoluciones por segundo

donde:

Pw g . H . Ap . s . n Pb sal

(6 - 4) Fb s . n

Si el vástago baja, la bomba no transforma energia. Entonces la energ(a transformada cada segundo - que es por definición la potencia - puede expresarse como:

Eg ~ energra transformada en cada golpe, joules s = carrera del pistón, m

donde:


Oi 55

Se necesita escoger la bomba de modo que el rotor pueda moverla a una velocidad del viento especificada. Si la potencia que necesita la bomba es más alta que la que entrega el rotor, la combinación no funciona. Esto se muestra gráficamente en la Figura 94.

6.2.3 Naturaleza del Problema de Acoplamiento

Para simplificar supondremos que las pérdidas en la transmisión están incluidas en r¡ y que este es constante. Se puede alcanzar, generalmente, valores de 118 entre 0,7 y 0,8.

potencia que entra en la bomba, Watts eficiencia de la bomba

donde:

(6 - 6) Pw . g . H . Q

T/g Pb ent =

La potencia que entra en la bomba es más alta que la potencia que sale, debido a las pérdidas por fricción. La potencia de entrada se puede escribir:

Figura 93 - Curva T(pica de Ja Potencia de Salida de una Bomba Reciprocante

w


56

La última solución se muestra en la Figura 95.

c. esperar vientos con velocidades más grandes.

b. aumentar el tamaño del rotor, o

a. reducir la cantidad de la potencia que necesita la bomba, por ejemplo acor- tando la carrera.

Para operar el sistema podemos:

Figura 94 - Potencia de Salida de un Rotor Insuficiente para Mover la Bomba

Potencia de / salida del Rotor

. w

...._Potencia de Entrada dé la Bomba

p


(6 - 8)

57

Pw. g. H

V!., . r¡ Cpmáx. Q=

A partir de las relaciones (6"6) y 6-7), se puede deducir la expresión para el máxi- mo caudal de agua:

Si consideramos una buena conexión rotor-bomba, la entrada de potencia en la bomba será aquella dada por la relación (6-6).

(6 - 7) 1 P = Cpmáx · 2 · P • A · V3=

La combinación rotor -bomba funciona con la eficiencia máxima si la cantidad de potencia transformada es la máxima que puede producir el rotor.con la velocidad del viento especificada. Esta cantidad corresponde al punto máximo de la curva de la potencia de salida del rotor; entonces Cp = Cpmax·

Eh este punto la potencia de salida es:

w

Potencia de salida del Rotor

6.2.4 Acoplamiento para una Velocidad de Viento Especificada

Figura 95 - Potencia de Salida de un Rotor Suficiente para Mover la Bomba

Voo1

Voo2 .p


OJss = 0,80 rev/seg. 5 w

2rr n =

El número de revoluciones del rotor

= 5 rad/seg. Ao. V

00 _ 2 . 5

R ~ 2 w = La velocidad angular W es calculada a partir de la expresión (4-2):

SOLUCION

2. Si el rotor del ejemplo anterior tiene una celeridad óptima Ao = 2, calcular el número de revoluciones del rotor y la salida de agua por golpe. Si el diámetro del pis- tón es O, 15 m, ¿qué carrera necesita? ·

Q = 3, 1 1 itros/seg

3, l. x 10- 3 m3 /seg 0,35. 0,5. 0,8. 53 • 12,5. 0,7 l 03 • 9,81 . 5

Aplicando la expresión (6-8) se encuentra:

A = tr R2 = 12,5 m2

El área del rotor es:

SOLUCION

2m 0,35

= 0,8 kg/m3 5 m/seg 0,7 5 m

R Cpmáx p voo U3=11M

1. Calcular la máxima salida de agua posible para un sistema conversor de ener- gía eólica con las siguientes características:

6.2.5 Ejemplos

El caudal Q es expresado en rn3 /seg.


59

figura 96 - Curvas de Potencia de Salida del Rotor y Bomba

r i

6.3.1 Eficiencia Total a una Velocidad de Viento Variable

Podemos cambiar las curvas de potencia de salida del rotor (Figura 90) con las de la potencia de salida de la bomba (Figura 93). El resultado es mostrado en la Figu- ra 96.

6.3 OBTENCION DE LA SALIDA DE AGUA MAXIMA A UNA VELOCIDAD DE VIENTO VARIABLE

3,9 X 10-3 = Ü 22 m 1,8 X 10-2 '

s = Q/golpe Ap

La carrera debe ser;

Ap = .!!_. dp2 = l!:_ . (O, 15)2 = 1,8 x 10-2 rn2 . . 4 4

El área del pistón, en función de su diámetro dp,¡,. 0,15 m, es:

3, 1 X 1 Ü-3 ~---= 3,9 X 10-3 m3 0,8

O/golpe =

1 Q/seg . - n

Q/golpe


60

Para otros valores de velocidad del viento, la transmisión de potencia es menos efectiva que la máxima posible, es decir, Cp es más bajo que Cpmáx·

El comportamiento del molino a su velocidad del viento óptima se llama el "comportamiento de diseño" o "punto de diseño", y los valores de todos los parámetros correspondientes se llaman "valores de diseño" (V(:¡, W.d, etc.).

Lo expuesto hastaeste punto permite concluir que existe un solo valor de velocidad del viento para el cual la transformación de potencia es la más efectiva posible. Dicho valor puede ser escogido por quien ejecuta el diseño del sistema y depende de la selección del rotor-bomba;

Fl¡ura 97 - Potencia de Salida de la Bomba versus Velocldad del Vien.to

Cp

2

(---·-·P P, Cp

Si dibujamos los valores del coeficiente de potencia Cp en función de la velocidad · del viento V"" obtenemos la Figura 97 que también muestra la potencia de salida de la bomba en función de la velocidad del viento. ·

Para velocidades altas el punto de operación· está lejos de la cima de la curva de la mariposa (punto 4). Solamente para un punto el acoplamiento resulta ideal (pun- to 1 ). ·

En la Figura 96 se puede ver que para vientos diferentes, la combinación rotor- bomba va a operar a velocidades angulares diferentes también (los puntos de operación a los vientos V001, V001, V003, etc.,están indicados corno 1, 2, 3, etc.]. Es claro que la. transformación de la potencia no es la máxima posible para todas las velocidades del viento.


Es claro que la selección de la velocidad de viento de diseño necesita estar orlen-

Para un rotor, transmisión· y bomba determinados, no podemos obtener una eficiencia alta a todas las velocidades del viento.

Figura 98 - Eficiencia Total del Sistema (r¡tot) en función de la Velocidad delViento

Vemos que la bomba más pequeña comienza a producir agua a velocidades de viento más bajas, y encuentra su velocidad de viento de diseño en un viento ligero (brisa). La bomba más grande comienza a una velocidad del -viento más alta y encuentra su velocidad de viento de diseño en un viento más fuerte.

1 1

1 V~

/bomba gr ande

bomba pequeña

Esto es mostrado en la Figura 98. En ella, la eficiencia total (r¡t t = Cp . r¡) del sistema está -dlbujada en función de la velocidad del viento para dos ~ombas que con- sumen potencia diferente (en combinación con el mismo rotor).

ntot

La selección de una bomba más pequeña, o más exactamente una bomba con una entrada de potencia más pequeña, resulta en una velocidad de viento de diseño más baja y también en una curva de eficiencia x velocidad del viento desplazada a la izquierda. ·


O) 62

(6 - 9)

La potencia del viento, por unidad de área del rotor, es:

p == 1 v: -;¡-·P · oo

NOTA: El área sombreada es igual al número de horas/año (u horas/mes. etc ... -como se lo especifique) cqn vientos entre V 001 y V 002 •

. Figura 99. - Curva de· Distribución de Velocidades del Viento.

~~~~-~~~~--=::..--i Vooi. V~2

r I

/

r 1

l

t (horas/ año) ·

En un lugar especificado podemos medir la velocidad del viento promedio cada hora durante el año. Las frecuencias de las diversas velocidades se pueden mostrar en una curva llamada "distribución de velocidades del viento" (Figura 99}, la cual es t(pica para el lugar de que se trate ..

6.3.2 Disti:ibución de la Velocidad del Viento y de la Potencia

tada por una información apropiada sobre las velocidades del viento en el lugar en que se va a explotar este recurso. Este problema será discutido en la sección siguiente:


t 63

6.3.3 Distribucián de Potencia Neta

Voo1 Vooz Figura 100 - Distribución de Potencia del Viento.

Con la curva de la eficiencia total del molino {Figura 98) y la distribución de potencia de este lugar, se puede calcular qué porción de esta energía disponible se puede transformar en agua elevada.

.. /

NOTA: El área sombreada corresponde a la cantidad de energía que pasa en un metro cuadrado de un rotor durante un año, para vientos entre V 001 y V°""2•

\

T 1

De esta manera, podemos obtener de la Figura 99, una nueva figura llamada "distribución de potencia del viento" (Figura 100).

Energía/m2 /año (kWh/m2)

El producto de la expresión (6-9) por el número de horas/año en que hay viento, es la cantidad de energía, por unidad de área, que produjo el viento en el perrodo.


Es claro que la selección de la velocidad de viento de diseño influye en la cantidad total de energ(a producida durante et alío. Por ejemplo una velocidad del viento de diseño más baja (con una bomba más pequeña) moverala curva de la distribución

~

NOTA: El área sombreada doble (XXXXX) corresponde a la cantidad neta de energía que produce el molino, para vientos entre V 001 y V ooz. El área sombreada simple (\\\)corresponde a la cantidad de energía total que produce el molino durante un año (por cada metro cuadrado de su rotor).

Fl1111ra 101 - Dl5Ulbuci6n de Potencia Neta de un Molino de Viento

d i.s t r i.buc i on de

eficiencia ·total

/ distribución de potencia

Esto sigue la regla: Energra neta = energ(a del viento x eficiencia total. Entonces el producto de los

valores de la distribución de potencia por los valores correspondientes de la eficiencia total del molino resulta en una curva que representa la cantidad de energ(a neta que sale del molino y que es llamada "distribución de potencia neta" (Figura 101 ).


65

. . . A una cierta velocidad del viento de diseño se encuentra la máxima cantidad

de energía neta producida. Esta velocidad del viento de diseño óptimo será algo mayor que la velocidad del viento promedio del lugar: V00• (La diferencia entre V- diseño óptimo y \/00 -promedio depende del régimen del viento).

NOTA: En este ejemplo el área sombreada bajo la curva de la distribución de. potencia neta es más pequeña que la de la Figura 1 01. Entonces, se produce menos energía durante el año, pero el molino opera más horas; y es muy probable que pro- ducirá al menos un poco de agua todos los días.

Figura 102 ~ Distrlbuclén de Potencia Neta para la Velocidad de Diseño de un Molino de Viento

Vd

distribución de potencia neta

I eficiencia total del molino

distribucion de potencia

de potencia neta a valores de la velocidad del viento más bajos. Eso se muestra en la Figura 102.

~"'- ntot, Energía (kWh/m2)


66

potencia promedio anual de salida, watts

velocidad del viento promedio anual, m/seg. área barrida por el rotor, m2

(6 - 11)

donde:

Pb sal ~ 0,1. V00:A

Mediciones de campo a nivel del mar, con molinos funcionando en perfectas condiciones; han demostrado que la potencia promedio de salida durante el año de un rno- lino para bombear agua se puede aproximar a la siguiente expresión:

6.4 COMPORTAMIENTO PROMEDIO TOTAL ESPERADO DURANTE EL A~O

= Valor representativo del primer intervalo de velocidad del viento lo mismo en el segundo intervalo, etc. número de horas que el viento está en intervalo 1

= lo mismo para intervalo 2, etc. número total de horas medidas.

( 6 - 1 O) Voo1t1 +Voo2t2 -+Vooat3 + .. • !total

v.: donde:

V = .oo La definición de la velocidad promedio es:

Escoger la velocidad del viento de diseño igual a, o poco más alta que la velocidad del viento promedio.

De los argumentos presentados en las secciones anteriores y basado en la expe- riencia práctica de construcción de molinos de viento, se puede recomendar:

6.3.4 Regla General

Sin embargo, al seleccionar la velocidad del viento de diseño más alta que la velocidad promedio del lugar, resultará que el molino no operará muchas horas en el año, aunque operará muy eficientemente en las horas con vientos más fuertes que el promedio. En otras palabras: muchos días no habrá suficiente agua y en otros, más de lo que se necesita.


67

(m3 /seg) i-o-s . V! . A

H

4. El caudal promedio del agua bombeada durante el año es:

(Watts) Pb sal = O, 1 . Voo · A 3. La potencia promedio anual que sale de la bomba es:

2. La seleccion de la velocidad de viento de comportamiento óptimo es igual a, o ligeramente superior a.la velocidad del viento promedio del lugar.

(m3 /seg) Pw . g. H

1 Cpmáx. -2 P · V3oo

Omáx =

1. La máxima salida de agua es:

6.5 CONCLUSIONES PRINCIPALES

La expresión (6 13) dá el valor del caudal promedio de agua bombeada durante 'un año, en m3 /seg.

(6 - 13) Q = Sustituyendo los valores de Pw y gen (6 - 12):

1 o-s . \7300 • A H

(6 - 12) 0,1.V!.A Pw . g. H

Q = Pb sal Pw . g. H

Se puede obtener el valor de Q. Para valores promedios, tenemos:

Utilizando la relación (6 - 5)


Según datos de la FAO [bibliograffa 7-1 ), en 1972, el uso de energía comercial y productividad por hectárea y por trabajador agrícola, en la producción de cereales, en diversas regiones del planeta, tenía la distribución mostrada en la Tabla 27.

lEntonces, qué factores determinan una baja productividad agr(cola en los pa.íses en vías de desarrollo, frente a una alta productividad agrícola en los países desarrolla-· dos?· Indudablemente que son muchos los factores y de diversas índoles, pero hay un elemento que convendr(a analizar y que parece fundamental: el uso de la energía en las actividades agr(colas y, en este caso particular, la energ(a utilizada para irriga- ción por bombeo.

Sin embargo, el hecho cierto es que aquellos paises que clasificamos como indus- trializados son en realidad los mayores exportadores de productos agncolas. En los Estados Unidos de Norte América, las exportaciones de cereales son un elemento muy importante en su balanza comercial, para contrarrestar el efecto de la importación de petróleo así como otros bienes y servicios.

América Latina es una región de países considerados en v(as de desarrollo, dado su relativo retraso en el sector industrial que la convierte automáticamente en una región de "países agr(colas", vista la naturaleza de sus principales exportaciones en los rubros de azúcar, café, cacao, algodón, tabaco, frutos, cereales y leguminosas.

7 .1.1 lntroducci6n

CAPITULO 7 - ANALISIS ECONOMICO DE SISTEMAS EOLICOS PARA BOMBEO

7.1 PANORAMA AGRICOLA DE AME RICA LATINA


t 69

En estimaciones de la F AO se considera que se requiere de una inversión energé- tica de 20x 109 Joules/ha para obtener una cosecha media de cereales del orden de 2,5 ton/ha.

Este uso energético está asociado básicamente a tres conceptos: fabricación de fertilizantes, fabricación de maquinaria agrícola y combustibles para .operarla, y por último irrigación, cuando es requerida. El uso energético para producir semillas mejo- radas y pes tic idas y para el secado, al macen a je y transporte, es totalmente marginal.

El uso de energ(a en la fabricación de maquinaria y equipos, así como de los fertilizantes, se real iza en el sector industrial pero se contabiliza en el agrrcola. De toda la energra que en forma directa o indirecta repercute en la agricultura, se tienen los porcentajes mostrados en la Tabla 28.

En la Tabla 27 se observa· que existe una relación directa entre la energía utilizada por héctarea y Ja productividad de la tierra .. Se observa también que el mayor. grado de mecanización, y por lo tanto de productividad por hombre, se da en Nortea- mérica. En Jos Estados Unidos de Norteamérica se considera que únicamente el 3 o/o de la población económicamente activa labora directamente en actividades agropecua- rias.

Por energía comercial, consideramos a los energéticos primarios y secundarios. integrados a una red moderna de energéticos convencionales, asociados al sector industrial. Esta consideración elimina como energético comercial a la madera, en forma de leña o carbón vegetal, aun cuando exista asociada a ella toda una infraestructura de comercialización, que si bien constituye el principal energético rural en los parses subdesarrollados -y a mayor atraso más, incidencia-, no se considera un energético convencional.

Energía/Hectárea Energía/trabajador Productividad por REGION

hectárea trabajador Hectáreas/trabajador 109 Joules Kilogramos

Europa occidental 27 .9 82".4 3·, 163: 5,772 1.825 Norteamérica 20.2 555.!j 3¡457 67,882 19.63 América Latina 4.2 8.6 1 ,440 1,856 1.99 Europa Oriental y la Unión Sovietica 9.3 28.5 1 ,682 . 4, 109 2.44 Africa 0.8 0.8 ·829 538 0.65

Media Mundial 7.9 9.9 1,821 1,671 0,917

TABLA 27

USO DE ENERGIA COMERCIAL Y PRODUCTIVIDAD POR HECTAREA Y POR TRABAJADOR AGRICOLA .EN EL CULTIVO DE CEREALES EN 1972


O) . 70

Si estos usos energéticos los separamos en lo utilizado en el sector Industrial y repercutido en la agricultura, y aquellos utilizados en los campos de cultivo, tenemos para América Latina,para 1985/86,el cuadro mostrado en la Tabla 30. ·

Fertilizantes Maquinaria Irrigación Pesticidas Total 1015 Joules Porcentajes

Norteamérica 2963 48.2 48.2 1.4 2.2 América Latina 845 55.4 4í. 3 1.6 1.6 Cercano orxent e 581 60.4 28.7 9.4 1.4 Europa Occidental 2.846 39.7 58.2 0.6 1.5

36. 2 0.6 ., 1.2 Europa Oriental y la URSS 3429 62.0 Mundo 13, 470 56.5 39.9 . 1.9 1. 7

TABLA 29

REQUERIMIENTOS TOTALES DE ENERGIA EN LA AGRICULTURA Y PORCENTAJES PARA CADA CONCEPTO PROYECTADOS PARA EL BIENIO 1986/86

De estos usos energéticos totales en la agricultura.las proyecciones para 1985/86., considerando los conceptos de fertilizantes, maquinaria, irrigación y pesticidas, se muestran en la Tabla 29.

~

Total Agricultura Porcentaje usado en 10 is Joules la agricultura

.

Norteamérica 76,933 2140 2.8 América Latina 8, 14 7 313 3.8 Cercano Oriente 2,637 168 6.4 Europa Occidental 42,912 2114 4.9 Europa Oriental y la URSS 49 ,802 1633 3.3

Mundial 219,086 7605 3.5

TABLA 28.

ESTIMACIONES DE USO DE ENERGIA COMERCIAL DE AGRICULTURA 1972/73


• 71 De las 3,4x109 hectáreas estimadas como tierras arables en el mundo en 1970,

Si analizamos ahora las prácticas agrrcolas con mayor detalle, tendremos otro panorama.

De la observación de los usos globales de energ(a en la agricultura se tiene que los usos energéticos asociados a la irrigación corresponden a un porcentaje en el intervalo del 1 al 2 o/o, en términos generales. Esto puede dar origen a una conclusión errónea al considerar que efectivamente los requerimientos de energía para irrigación son marginales.

7.1.2 Uso del Agua para Riego en la Agricultura y su Incidencia en la Productividad

3. Si el porcentaje de energ(a in situ, para actividades agr(colas, corresponde al 27.5 o/o del total de la agricultura, este porcentaje en términos de la energía comercial total de un país es, considerando la medida mundial de 3~5 o/o, dedicado a la agricultura de 0,275 x 3)5 = 0,96 o/o. Este dato muestra claramente que la energía dedicada in situ a la agricultura es del orden del 1 o/o del total de la energja que utiliza un pa(s.

2. En términos globales, el mayor porcentaje de la energía en Ja agricultura se usa para fabricar fertilizan tes y en segundo 1 ugar para fabricar y operar maquinaria. El porcentaje usado en irrigación y pesticidas es marginal.

1. De la energ(a comercial total de un pars, la parte que se usa en la agricultura, en forma directa e indirecta, representa una cifra normalmente inferior al 5 o/o.

De las tablas presentadas se derivan las siguientes observaciones:

Industrial In Situ Uso total de energía 1015 Joules 1015 Joules 1015 Joules

Fertilizantes Fab. maq. agric. Pesticidas Oper. maq. Irrigación

845 468 130 .6 13.8 221 11.1

55.4% 15 .4% 1.6% 26. 1% 1. 3% Porcentajes

72 .5% 27,5%

PROYECCION DEL USO OE ENERGIA EN LA AGRICULTURA PARA El BIENIO 1985/86 EN AMERICA LATINA

TABLA JO


72

Disponibilidad Probabilidad s u e 1 o de de ' agua sequia Hondo Superficial

Regado o 2.9 1.8 800-900 mm 20 1.8 1.4 700-800 mm 35 1.4 1. 1 600-700mm 45 . 1 0.7

>600 mm 60 0.6

PRODUCTIVIDAD DE MAIZ

TABLA 32

Tierra.:;; no cultivadas 1 B35 x 106 ha.

Tierras Cultivadas cosec hadas Variación Agua a~rovechada agua/ha-año 106 ha. 106 ha. porcentual 1 O (m 3) 103 (rn 3)

Irrigadas 187 215 + 15% 2,600 13.90 Temporal 1350 920. - 32% 1 ~500 1. 11

SUPERFICIE CULTIVADA Y COSECHADA EN EL MUNDO EN 1970

TABLA 31

El Instituto Nacional de Investigaciones Agrícolas de México, reportó los datos de productividad por hectárea, considerando únicamente el efecto del agua, como se indican en la Tabla32.

En la Tabla 31 se muestran los resultados comparativos del significativo efecto de disponer del agua necesaria por unidad de superficie, que redunda en una ganancia neta de 47 o/o en superficie cosechada. A este aumento virtual en superficíe cosechada hay que agregar el incremento en productividad por hectárea.

se cultivaron menos del 50 o/o y de ellas solamente el 5 o/o tuvo irrigación. Sin embargo, las tierras irrigadas tuvieron una contribución desproporcionada en cuanto a superficie cosechada {superficie sembrada x número de cosechas por año).


73

Del. agua que anualmente se restituye al ciclo del agua en los continentes, se estima que 40.000 krri3 /año es una cifra recuperable.

En el año 1972, de los 14.000 krn ' de agua recuperable, sólo se recuperaron

En la Conferencia Mundial sobre el Agua, organizada por las Naciones Unidas en Argentina en marzo de 1977, se estableció que aún cuando el 70 o/o de la superficie del planeta es agua, solamente el 1 o/o del agua en el mundo es dulce y de ésta el 99 ojo es subterránea,

7.1.J Disponibilidad de Agua para Riego Agrícola

Estas cifras se aproximan significativamente a los datos reportados de productividad según la disponibilidad de agua. Con esto queda demostrado el efecto en la agricultura de una mayor disponibilidad de agua para los cultivos. Veamos ahora el problema del agua.

(*) Disminución en superficie cosechada respecto a la cultivada.

20 o/o x 2,36 = 47 2 o/o 80 o/o x (1-0,32)(*) = 54,4 o/o

El 80 o/o de la superficie total cultivada-en su gran mayor(a tierras de cultivo temporal, clasificadas corno de agricultura tradicional y de subsistencia-produjo. el 55 o/o de las cosechas; en tanto que el 20 o/o de la superficie cultivada, con irriga- ción, contribuyó el 45 o/o de la producción agrícola. Utilizando los coeficientes anteriores, tenemos:

Esta cifra puede ser cotejada fácilmente con los datos de productividad agr(cola en México en 1976. Según datos del Banco de México,exist(an en 1976, 2.816.000 predios, de los cuales 7,, 1 o/o se consideran modernos, 40,5 ojo tradicionales y el 51,4 o/o de subsistencia. Del total de la tierra cultivada sólo el 30 o/o tuvo irrigación, sin embargo ella produjo el 55 o/o de los ingresos por venta de productos agr(colas. Del total irrigado, el 20 o/o correspondía a riego por bombeo.

{1,47) (1,61) producción hectárea de temporal 2,36 veces ·

producción hectárea regada

Combinando los datos de las dos tablas precedentes, encontramos que la diferencia en productividad de una hectárea de suelo profundo con riego a una de cultivo temporal de 800 a 900 mm de preciptación anual, es de 47 o/o de incremento en super- . ficie cosechada y 61 o/o de incremento en tonelaje por ha, por tanto:


74

Energía/ha. Profundidad País HP/ha. kWh útiles Cultivo (en la flecha) m

China 0.4 250 - - India 2.0 1800 - - India 1. 2 300 < 10 {bihar) U.S.A. 2.0 1040 60 maíz (Nebraska) U.S.A. 1.5 1520 - arroz México 2.0 2050 - -

Valor medio - 850 - -

EN ERG IA EN IRRIGACION

TABLA 33

En la Tabla 33 se muestran algunas cifras, tanto de capacidad instalada de bombeo como de energía consumida en el riego, considerando que las diferencias en estas cifras son tanto por la profundidad de los acuíferos, como por los requerimientos de agua de diferentes cultivos.

En esas regiones altas y semiáridas existe agua en el subsuelo, susceptible de ser bombeada. El insumo básico para esta tarea es energ(a, y cuando los usos energéticos en la agricultura consideran los requerimientos del bombeo de pozos profundos, el esquema energético en ella cambia radicalmente.

El 80 o/o del riego agrícola en México es con agua rodada derivada de presas y distribuida por gravedad, principalmente en las cuencas bajas de grandes r(os en el norte del pa(s. Es en las tierras altas de la mesa central, donde el riego por bombeo contribuye en forma importante a la productividad agr(cola de esa región.

A nivel mundial, la irrigación agrfcola reclama más de 3/4 del agua disponible. En México y la India se utiliza más del 90 ojo en ella, en Japón el 70 ojo, en la U RSS el 50 ojo y en los E.U.A. el 42 o/o. En la medida en que este porcentaje es menor es porque la contribución del agua de lluvia a la agricultura es bastante significativa, amen del incremento en usos industriales.

3.000 km3. De estos, 2.400 km3 fueron utilizados en irrigación, 500 km3 en usos industriales y 200 km3 en otras aplicaciones.


75

Del análisis de los datos mostrados en esta recopilación sobre usos energéticos en la agrlcultura.y específicamente en riego por bombeo.se deduce que el uso marginal a nivel mundial del riego por bombeo es debido tanto a los requerimientos energé- ticos, como a la infraestructura de servicios, transportes, redes eléctricas, etc., que lo han confinado en general a las zonas más desarrolladas y más pobladas, que tienen acceso a estos bienes y servicios, tanto económica y geográficamente, así como

5,5 o/o 7,4 o/o

16,8 o/o 8,7 o/o

América Latina Europa Occidental Norteamérica Europa Oriental y la U RSS

lo que corresponderá a la siguiente participación porcentual, considerando otras regiones:

Operación 11, 1 X 1015 Joules Total 13,7 x 1015 Joules

Producción 2,6 X 1015 Joules

En estimaciones de la .F AO, se considera que para el ciclo 1985/86 la energía . utilizada en América Latina para la producción y operación de equipo de bombeo, corresponderá a:

Una cifra que se utiliza para evualuar los requerimientos energéticos del bombeo de pozo profundo para cultivos de maíz, trigo, sorgo, etc.,es de 5 millones de BTU/ha- cosecha (5.275,28x106 Joule/ha-cosecha).

Lugar Cosecha Riego Op. y Mfra. Maq. Fert. Otros

Media arroz 42% 20% 18% 7% Nebraska maíz 43% 4.3 (operación) - -

TABLA 34

PROPORCIONES DE CONSUMO DE ENERGIA EN AGRICULTURA MODERNA CON IRRIGACION POR BOMBEO EN LOS E.U.A.

Los consumos energéticos porcentuales para irrigación, reportados en los E. U .A., son mostrados en la Tabla 34.


o; 76

Habiendo demostrado la marginalidad del riego por bombeo a nivel mundial, bajo el esquema convencional de motobornbas diesel o energía eléctrica, dadas sus li- mitaciones intrínsicamente geográficas al radio de acción de la infraestructura en las redes de transporte y energéticos, así como de la disponibilidad de refacciones y mano de obra calificada para su mantenimiento, el uso de la ·energía eólica se contempla como una alternativa cuya factibilidad tecno-económica y social aún tiene que ser dem estrada.

Independientemente de los problemas de financiamiento de motobombas diésel, por ejemplo, las dificultades en el abastecimiento de combustible en las zonas rurales, y más aún la poca disponibilidad de mano de obra calificada, han limitado mucho su utilización en los paises subdesarrollados o en vras de desarrollo. En México por ejemplo, de las tierras regadas, el &O o/o lo son por gravedad, el 17 o/o por bombeo con energía eléctrica y el 3 o/o con motobombas de petróleo, gasolina o diesel.

7.2 ECONOMIA DEL RIEGO CON ENERGIA EOLICA

El uso de fuentes no-convencionales de energía, que se adaptan intrínsicamente a un .aprovecharniento geográficamente distribuido pueden constituir, específicamente para el bombeo de agua, una solución promisoria. Analicemos ahora la factibilidad técnico-económica y social del bombeo con energía eólica.

Sin embargo, esto plantea aparentemente un conflicto irresoluble, que es la necesidad de una infraestructura costosa en regiones con agricultura de subsistencia o tradicional que no puede generar los recursos para financiar esa infraestructura, de tal manera que permita el acceso a bienes y servicios para efectuar la irrigación por bombeo según.las técnicas convencionales.

Para un pa(s desarrollado como los E.U.A. el riego por bombeo, usando electricidad o motobombas, obedece únicamente a criterios económicos de maximización de. utilidad. Para nuestros países en vías de desarrollo, en las regiones donde las condiciones naturales no son las adecuadas para una agricultura de buena productividad, por irregularidad o deficiencia en los regímenes pluviales, el riego por bombeo es de vital importancia. ·

En un país como los E.U.A., donde se censaron en 1977 por el Departamento de Agricultura, 2'752.080 granjas, el número de ellas que están electrificadas es de 2'715.2351que corresponde al 98.7 o/o. Porcentualmente es Arizona el más bajo en electrificación, ya que sólo lo están el 85 o/o de ellas.

socialmente al disponer de la mano de obra calificada para su instalación, operación y mantenimiento.


; 77

1. Disponibilidad de distribuidores de equipo y técnicos para su instalación y mantenimiento

2. Disponibilidad y costos del combustible, considerando su transporte al punto de uso

Riego con motobombas

l. Existencia de 1 (neas de distribución eléctrica en las cercan (as 2. Distancia al ramal más próximo . 3. Previsiones para la futura extensión de las lrneas, por la empresa eléctrica 4. Disponibilidad de distribuidores de equipo y técnicos para su instalación y

mantenimiento.

Riego con energía eléctrica

1. Requerimientos presentes y futuros 2. Disponibilidad de los pozos 3. Profundidad del agua 4. Energ(a ú ti! requerida para bombearla

Acerca del agua a bombear

Hechas estas consideraciones podemos pasar a establecer la factibilidad social de las alternativas posibles de riego por bombeo. Para ello, es necesario analizar los siguientes aspectos:

Uno de los puntos que es útil recalcar para el caso de América Latina, es que es sumamente necesaria la capacitación de técnicos en riego agrícola por bombeo, que sepan evaluar requerimientos de potencia y energ(a, seleccionar los equipos, inclusive considerando energ(a eólica como una alternativa, así como técnicos orientados al mantenimiento de bombas eléctricas, motobombas diese! y aerobombas. Esto se considera de vital importancia para la diseminación de cualquier tecnolog(a de riego por bombeo, lo que constituye un punto clave por lo que concierne a la factibilidad social del riego por bombeo.

En los E.U.A. pese a la disponibilidad casi total de energ(a eléctrica en las granjas se llegó, en varias ocasiones, a preferir el riego con motobombas diesel , ya que teniéndolas como unidades móviles se trabajaba con un mayor factor de capacidad, lo que permite hacer una menor inversión en equipo de bombeo, e inclusive pudo llegar a ser más económico que el riego eléctrico.


OJ 70

l. Equipos de potencias del orden de 0,5 a 3 HP, en su gran mayoría de diseños autóctonos y fabricación artesanal, haciendo uso de bombas reciprocantes o rotatorias de baja velocidad, orientadas a satisfacer necesidades limitadas y puntuales de bombeo de agua. Estos equipos pueden ser utilizados para fines de irrigación, cuando por las condiciones del lugar pueden instalarse en forma masiva.

Para fines prácticos, la clasificación por capacidad viene a ser la más significativa ya que deterrn ina el tipo de aplicaciones. Esta clasificación comprende dos grandes grupos:

3. Por el grado de sofisticación tecnológica de su diseño, procesos de fabrica- ción y requerimientos de operación.

2. Por los procesos de conversión de la energía eólica a la espec(fica requerida según el tipo de bomba que se utiliza.

1. Por su capacidad de bornbeoyexpresada como rangos de potencia disponibles y al tu ras de elevación del agua.

Los sistemas de bombeo con energía eólica pueden ser clasificados según tres criterios descritos a continuación:

7.2.1 Descripción General de los Sistemas de Bombeo con Energía Eólica

Antes de entrar en detalles del análisis económico comparativo de sistemas eóli- cos de bombeo de agua, es conveniente efectuar una revisión general de lo que esta tecnolog(a ofrece en la actualidad y lo que es de esperar en el corto plazo.

1. Cualquier razón especial que elimine a priori una o más alternativas motri- ces para la bomba

2. Comparación económica de las alternativas técnicas para ver si la necesidad de agua justifica aún el menor costo-o, en otras palabras,si el costo de oportunidad de no tener el agua, es mayor que el costo de obtenerla.

1. Caracter(sticas del viento en el sitio. Velocidades medias y estacionales 2. Aerobombas comerciales para evaluar si satisfacen las necesidades y si son

disponibles 3. Disponibilidad de personal calificado para especificar el molino, hacer la

instalación y darle mantenimiento

Aspectos generales

Riego con energía eólica


Oi79 e. Bomba peristáltica, artesanal

i. Cilindro rotativo, artesanal ii. Rotor helicoidal, industrial iii. Tubo enrollado, artesanal

a. De cadena y paletas cuadrada, artesanal b. Centrífuga de baja velocidad, artesanal c. Centr(fuga tipo "aspersor", artesanal d. Tornillo de Arqu (medes

2. Rotativas de baja velocidad

a. Pistón simple, metalico.de fabricación industrial b. Pistón de madera, artesanal c. Pistón de doble acción, industrial d. 1 nerc ial, de construcción artesanal o industrial

1. Reciprocantes

Por lo que respecta a los procesos de conversión, según el tipo de bomba que se utiliza, ellas pueden ser de los siguientes tipos:

1. Sistema aislado único 2. Sistema acoplado a otra fuente autónoma de energía (vr. gr. una máquina

diesel) 3. Sistema acoplado a la red eléctrica, y utilizado como ahorrador de energía

convencional.

Estos sistemas están concebidos a su vez para utilizarse según estas tres configura- ciones:

i. Eléctrica 11. Mecánica iii. Pneumática

11. Sistemas a nivel de desarrollo conceptual o etapa experimental en un rango de 1 O a 100 kW, basados en aeromotores de alta eficiencia, proporcionando a la bomba energía en forma:

Dentro de este grupo de aerobombas, está incluida la de tipo americano de aspas múltiples, que constituye el único modelo de fabricación industrial establecida y confiabilidad comprobada.


ªº

Su fabricación persiste en los E.U.A., Europa, Australia, Argentina, Brasil, Chile y México entre otros, con licencia o modificaciones,· dada la expiración de patentes. Sin embargo, su utilización en los paises en vras de desarrollo, 'no ha sido tan grande como podr(a serlo, por falta de adecuada difusión, as( como por el hecho de que muchas de sus ventajas económicas se pierden al no ser de fabricación nacional y te- nerse que someter a importación. ·

Este tipo de aerobomba, cuyo diámetro del rotor varia de. 6 a 16 pies nominales (1.8m a 5.0m) es adecuada para pequeñas aplicaciones, tales como, suministro de agua para una familia, su huerto y sus animales, así como para alimentar abrebaderos en.

·zonas de pastoreo.

El molino de viento modelo americano, mostrado en la Figura 61, fue el uruco modelo que sobrevivió al advenimiento de la máquina a vapor, de los motores de combustión interna y de la electrificación rural.

7.2.2 Consideraciones Técnicas y Económicas sobre Aerobombas

Todos los sistemas y procesos involucrados en instalaciones de bombeo mayores a 10 kW son necesariamente sofisticados por cuanto a su ingeniería y fabricación industrial.

En la actualidad se trabaja también en el desarrollo de equipos de baja potencia (< 1 O kW) que involucran procesos de fabricación más sencillos y accesibles, orientados a parses en vras de desarrolló.

Desde el punto de vista de la sofisticación tecnológica de diseños y proceso de fabricación de las unidades pequeñas en uso,,únicarnente la aerobornba tipo americano representa un desarrollo de ingeniería que involucra proceso de fabricación que comprenden: estampados, fundición, forja, maquinados y galvanizados por inmersión, los cuales requieren de una instalación industrial apropiada.

a. Aire comprimido b. ·Pistón hidráulico

4. Bomba Pneurnatica

a. Bomba vertical de tazones b. Eléctrica sumergida c. Rotativa de desplazamiento positivo ·

3. Rotativas de alta velocidad (industriales)


81

c. Acoplamiento de las características del rotor y bomba, por medio de modi-

b. Desarrollo de bombas de desplazamiento positivo, adecuadas para opera- ción a más altas revoluciones.

a. Desarrollo de rotores con una solidez menor y mayor eficiencia aerodiná- mica a la de la aerobomba tipo americano, resultando en un rotor más ligero y barato, y en general de un equipo menos intensivo en material.

Esta problemática enumerada alrededor de los modelos convencionales de aerobomba metálica del tipo americano, así como el abandono en la producción industrial de modelos de mucho mayor diámetro y potencia, ha propiciado un nuevo esfuerzo de desarrollo tecnológico de una nueva generación de aerobombas, que contempla en su desarrollo los siguientes objetivos:

D. Debido a que los modelos de aerobombas que existen en el mercado, fueron diseñadas en su mayor parte hace varias décadas, resultan demasiado intensivas en materiales.

C. La falta de información técnica sobre estos equipos, destinada al usuario, provoca problemas que van desde una selección incorrecta del tamaño del rotor y de la bomba, hasta una falta de refacciones. Esta falta de información crea un c ircu!o vicioso cuyo resultado es en volumen muy reducido de ventas, en el cual el distri- buidor busca un margen de ganancia muy superior al aplicable a productos de mayor movimiento.

El costo de transporte internacional de una de estas aerobombas, llega a represen- tar hasta el 100 o/o del precio de fábrica.

B. El gran volumen y peso de estas aerobombas, diseñadas en una época en que la robustez significaba confiabilidad, aumentan significativamente su costo de transporte, resultando casi siempre mayor que el de una bomba impulsada por un motor de combustión interna.

A. Las aerobombas de importación representan una alta inversión de capital, si se les compara con una bomba diese! de capacidad similar. Debido a una vida útil mucho más larga y costos de operación muy reducidos, el costo por volumen unitario bombeado es más barato con la aerobomba. Sin embargo, la falta de capital o de financiamiento puede hacer que la menor inversión en una planta diese! resulte más atrac- tiva a corto plazo.

En general, para los países intertropicales que no producen estos equipos, se presentan los siguientes problemas para una amplia difusión de ellos:


Esta figura fue derivada de Ja Tabla 35, según costos LAB en Jos E.U.A. en 1978.

La Figura 103 muestra el costo del kWh equivalente para bombear agua, según los diámetros de los rotores y las velocidades medias anuales del sitio de uso;

-Alto costo de capital -Larga vida, t(picamente 30 años, aunque es frecuente encontrar unidades

funcionando por más años. -Bajo mantenimiento -Altura de bombeo disponible hasta 300m

. -Su fabricación requiere de procesos industriales maduros en la tecnolog(a del acero

-lngenier(a de diseño evolucionada, y -Disponible en el mercado internacional de exportaciones

Las caracter(sticas generales de la aerobomba tipo americano son:

Se espera que estas modificaciones llevarán a eficiencias 2 ó 3 veces mayores a las de las aerobornbas de tipo americano.

e. Desarrollo de dispositivos de seguridad sencillos y confiables.

d. Diseño y construcción de rotores de alta eficiencia con aspas sencillas.

ficaciones en esta última, tales como fugas de agua y entradas de aire controladas. Esto permite arrancar el equipo con vientos suaves estando vac(a la tubería del pozo, sin que el esfuerzo de arranque tenga que desplazar toda la columna de agua.


O)a3 Figura 103 - Costos de Aerobombas tipo Americano en los E.U.A., 1978

(diámetro 121 14° s' 101 5' del rotor)

.10 .20 .30 .40 .50 .60

COSTO DEL AGUA BOMBEADA ($ U.S./KWh equivalentes)

cu 14 .l !>-¡ o ~

0)84

VIDA UTIL = 30 AÑOS DIAMETRO DEL PISTON DE LA BOMBA 2"

Unidad

Diámetro del Rotor1 pies 6 8 10 12 14

Elevación Total pies 95 135 210 304 455 E . 2 US$x10 3 1, 50 1, 70 2,40 3,60 5,12 quipo

Instalación US$x103 0,55 0,55 0,65 0,75 0,83 UJ Operación y Mantenimiento 3 o E-! Ul ( 1 % anual) US$x103 0,62 0,68 0,90 1 , 31 1, 80 o o

Intereses4 ( 10% anual) US$x10 3 1,56 1, 72 2,30 3,34 . 4,53

TOTAL US$x103 4,23 4,65 6,25 9,00 12, 28

o; 85

La oportunidad para el uso de la energía eólica, proviene del hecho de que varias operaciones en la agricultura, que utilizan considerables cantidades de energ(a, pueden ser interrumpidos por cortos periodos de tiempo y otras son capaces de almacenar

La agricultura presenta una variedad de interesantes y potencialmente valiosas oportunidades para el uso de la energ(a eólica, no solamente porque alguna vez fue Ja principal usuaria de la energía eólica, sino por el hecho de ser, al igual que esta, de naturaleza distribuida sobre el territorio nacional.

7.2.3 Consideraciones Técnicas y Económicas para los Sistemas de Bombeo de Agua para 1 rrigación

Energía proporcionada/eficiencia eléctrica de un motor (0,8) Costo total del sistema

8. Costo de la energ(a, igual a:

kWh = Agua bombeada (gal/h) x altura (ft) 60

x 3_960

x0,746x8.760x vida (años)

7. Energía proporcionada durante toda la vida útil del equipo, en kWh:

Energ(a proporcionada corno agua bombeada Energra del viento a través del rotor

Cp = 6. Cp, coeficiente de comportamiento definido como:

5. Gasto en galones/hr promediado a toda la vida útil del equipo.

4. Los intereses están calculados según interés compuesto de 1 O o/o para amortización en 1 O años.

3. Costos de Operación y Mantenimiento; al 1 o/o anual sobre la inversión, acumulados durante toda la vida útil.

2. El equipo incluye aeromotor, torre de 40 pies (12m), varillas y bomba. No está incluido costo de recubrimiento de pozo, tanque de almacenamiento y fletes.

1. Basada en información proporcionada. por Aeromotor-Braden Industries lnc., y Dempster Industries.

REFERENCIAS TABLA 35


-Sistema aislado autónomo -Sistema acoplado a otra unidad de fuerza motriz -Sistema acoplado a una red de distribución eléctrica

Los esquemas de bombeo para irrigación, utilizando un sistema conversor de energra eólica, son:

Esquemas de bombeo para irrigación 7.2.J.1

El gobierno de los E.U.A. realizó estudios de aplicación y mercado para sistemas conversores de energ(a eólica (SCEE), encontrándose que para las aplicaciones en el sector agrícola se tiene un gran potencial. Se estima que al reducirse los costos del kW instalado en SCEE , para llegar a un costo del kWh de US$0.080, la factibilidad comercial es inmediata, estimándose un mercado potencial entre medio y un millón de unidades.

Estos resultados han propiciado el financiamiento oficia[ para el desarrollo de prototipos de SCEE orientados a cubrir este mercado potencial. Las capacidades de modelos a desarrollar para uso agropecuario son de 15, 25,40, 75 y 100 kW. Para 1981 se esperaba completar las pruebas para el prototipo de 40 kW en sus versiones mecáni- co y eléctrico.

Los requerimientos t(picos de potencia para rmgacron son de 5 a 15 kW para agua superficial y pozos artesianos, y del orden de 40 a 60 kW para pozos profundos en acu (feros subterráneos.

Entre estas existe, el bombeo de agua para irrigación, primero elevándola desde la fuente hasta el sistema de distribución y luego, si es necesario, proveendo la presión adiciona! para la operación del sistema de distribución. La forma más sencilla de realizar esto, es disponer de reservorios superficiales y distribuir por gravedad. La otra manera de almacenamiento del agua, es el propio suelo orgánico en la zona de las ra (ces.

a. Energ(a interrumpida o almacenada a bajos costos b. Utilización durante la mayor parte del año c. Uso en áreas o estaciones de mucho viento d. Aplicación donde normalmente se requiera una gran cantidad de energía

En general, las caracter(sticas de las aplicaciones energéticas en la agricultura, que podría ser satisfechas con energ(a eólica, son:

energ(a en forma económica, o trabajo realizado, para su utilización futura. Estas po- sibilidades permiten su acoplamiento a las principales caracter isticas del viento: su variabilidad y discontinuidad.


~87

En el sistema mecánico aislado se prevé un sistema de baja RPM a una bomba rotatoria de desplazamiento positivo o una bomba convencional utilizando un aeromotor de 40 kW nominales a 20 MPH y transmisión mecánica: a 1760 RPM para 54 HP. Ver Figura 105.

B. Sistema Mecánico

-Generación de corriente alterna, con un generador de imanes permanentes acoplados a un motor de inducción. Este sistema fue probado exitosamente en una unidad de 1 h.p. No existe aún en disponibilidad comercial este tipo de aerogenerador. Para unidades más grandes se prevé un generador síncrono de 40 kW, pero se requiere de una interface de protección y control, para accionar una bomba eléctrica convencional. Ver Figura 104.

Este sistema es de disponibilidad inmediata ya que existen equipos comerciales de aerogenerador en el rango de a 1 a 1 O kW y bombas de C.D., de 600 a 6.600 W, similares a las utilizadas en sistemas solares con celdas fotovoltaicas.

-Generación de corriente directa, almacenamiento en un pequeño banco de bate- r(as, que funciona corno "amortiguador" para las variaciones del viento y bomba vertical convencional accionada con motor de C.D.

Este sistema puede ser de dos tipos:

A. Sistema Eléctrico

Sistema aislado autónomo 7.2.3.1.1

Por último, los acoplados a una red de distribución eléctrica son a base de aero- generadores con generadores de inducción acoplados a la red, con un exceso de energía cuando sopla el viento; este se utiliza en bombeo.

a. Mecánico b. Eléctrico

Los sistemas acoplados a otra unidad de fuerza motriz son:

a. Eléctrico b. Mecánico (directo o pneumático)

Los sistemas aislados autónomos pueden ser del tipo:


é . 88

Figura 105 - Sistema Aislado de Bombeo con una Bomba· Rotatoria de Desplazamiento Positfvo.

Nivel del 111

acuífero -----1111 l+"------~---- LJ Bomba

Eje impulsor

Tubo interior con rodamientos

Tubo de descarga

Descarga de agua

Figura 104 - Esquema de Sistema Aislado de Irrigación con un Aerogenerador y Transmisión Eléctrica

Generador eléctrico )

I

!v '

Motor, bomba y pozo

Caja de


89

Con la inmersión del 50 o/o de la tuber{a (60m dentro del agua, para 60m de eleva-

Sistema Pneumático

La West Texas State University, a través de su Departamento de Frsica, realizó un estudio comparativo, haciendo una simulación computacional, de un sistema mecánico con transmisión directa a una bomba rotatoria de desplazamiento positivo, contra otro sistema mecánico, accionando un compresor para una bomba de aire comprimido. Este estudio se realizó a partir de un aeromotor de 20 kW nominales y eleva- ción de 60m.

Los resultados del estudio muestran lo siguiente:

Figura 106.- Sistema Aislado de Bombeo utilizando Aire Comprimido

Boquilla

Nivel de 1 ~ ----i,!• 1 acuifero 1.

1j

Tubería de aire

pozo Tubo de descarga

Recubrimiento

Descarga de agua

aire

Eje motriz

Transmisión a 90º

La otra variante del sistema mecánico lo constituye un sistema de bombeo con aire comprimido, accionando con el aeromotor un compresor convencional que alimenta a un tanque de aire comprimido y de ahí a un sistema convencional de bomba de aire comprimido. Ver Figura 106.


Esta forma de operar un aeromotor no es operativamente la más recomendable, tanto por la pérdida de eficiencia global como por las condiciones mecánicas de cargas variables a que se somete el rotor. Estos mismos estudios de simulación mostraron que el utilizar un SCEE en conjunto con otra fuente de energia autónoma o la red eléctrica, daba condiciones operacionales y económicas más satisfactorias.

Otra desventaja que comparten los equipos mecánicos de bombeo de agua es que para el desplazamiento volumétrico de la bomba y la altura total de elevación, el par requerido es constante. Esto significa un régimen de velocidad variable para el rotor, proporcionando distintas potencias según la velocidad del viento.

La única manera de ampliar la potencia de este sistema es sustituirlo por uno mayor ya que no puede incrementarse en forma modular.

Las desventajas encontradas para este tipo de equipo son: 1) en el rango de 20 kW aún no hay en el mercado las bombas rotatorias de desplazamiento positivo y por otra parte estas requerirán de ampliación de los pozos, dado su mayor diámetro y en razón de ser de bajas RPM y alto par, 2) su necesidad de localizarse sobre el pozo, y 3) el aeromotor no es útil fuera de la época de bombeo.

Accionando una bomba rotatoria de desplazamiento posrtivo, para la.s mismas condiciones, se considera una eficiencia anual del 24 o/o, bombeando 4 veces más agua que con la pneumática. Una ventaja adicional de este tipo de bomba, es que estando normalmente vacro el tubo de descarga del agua, el par de arranque requerido es bajo, permitiendo as( un mejor aprovechamiento del viento.

Sistema Mecánico Directo

Su desventaja radica en su baja eficiencia actual y la necesidad de incrementar la profundidad del pozo, para dar la inmersión requerida.

Las ventajas de este sistema son: 1) su disponibilidad prácticamente inmediata, ya que utiliza una tecnología y componentes convencionales, 2) tiene características modulares, pudiéndose acoplar varios SCEE a un solo pozo, y no es necesario localizar el equipo en la boca del mismo, y 3) dispone de una caverna que permite el almacenamiento de energra en forma de aire comprimido que puede ser utilizada para otros fines.

ción) la eficiencia máxima esperada es de 11 o/o. La eficiencia anual de conversión de energra eólica a potencia hidráulica útil es de 6 o/o. Esta baja eficiencia se debe a las caracter(sticas de los compresores comerciales; se estima que la eficiencia total. de este sistema pueda ser elevada hasta 20 o/o, con un diseño adecuado de compresor.


91

Este sistema permite operar al aeromotor o aerogenerador, en condiciones de velocidad prácticamente constante, mejorando sus caracter(sticas de operación y permitiendo un ahorro de combustible y mayor vida útil en el otro equipo.

¡ 11 1 !¡ u \ - '

Figura 107 - Esquema de Irrigación Mecánica Asistida por Energía Eólica

Bomba y

Este tipo de sistema, también llamado, de irrigación asistida por energ(a eólica, consiste en un acoplamiento mecánico o eléctrico a una unidad motriz mecánica o eléctrica para accionar una bomba vertical convencional. Ver Figura 107.

7 .2.3 .1.2 Sistema acoplado a otra unidad de fuerza motriz


Q& 92

El acoplamiento de la bomba al motor puede ser hecho directamente, a través de una transmisión de combinación y un clutch de sobrecarrera, pudiendo llegar a operar el motor de inducción de la bomba como generador. Figura 108. ·

Estos sistemas de irrigación, denominados también asistidos con energra eólica, pueden estar acoplados a la red de distribución rural, utilizándose básicamente como ahorrador de energía eléctrica. Un problema asociado a los aspectos técnico y legales de su utilización, radica en el. hecho de que al existir condiciones buenas de viento, la energ(a producida puede significar· que el usuario, o consumidor para la empresa eléctrica, está produciendo un exceso de energía que alimenta al sistema.

Sistema Acoplado a la Red de Distribución Rural

Dentro de los esquemas aislados de utilización de SCEE para irrigación, este esquema es quizá el de mayor potencialidad de aplicación.

En la opción eléctrica, un aerogenerador alimenta de electricidad el sistema, a partir de un generador de inducción motogenerador. En esta opción, el motogenerador absorbe las variaciones de potencia del aerogenerador, permitiendo un bombeo estable. La ventaja de este sistema radica en que cuando no es requerido el bombeo, la energra eléctrica producida puede servir para otros fines.

Cuando no hay viento, el motor de combustión interna proporciona toda la potencia necesaria, la que disminuye conforme aumenta la participación de la energra eólica. El motor absorbe las fluctuaciones de potencia en el viento, permitiendo un bombeo estable.

En la opción mecaruca, la transmisión al cabezal de la bomba vertical, se hace a través de una transmisión de combinación a la que llega una flecha de un motor diesel por un lado y por el· otro, la del aeromotor a través de un clutch de sobrecarrera.


Descarga de la bomba

.----'-----~-..__ .

ft! .· VI' 93

Figura 108 - Diagrama de Bloques de un Sistema de Irrigación Asistido por la Energía Eólica

Bomba de turbina vertical

Recubriemto del pozo

colmnna de la bomba

Con~r~:ador ,..con f med i.c.i.ón de t '---~~~~~~~ viento

Transmisión a 90º

Motor de arranque

Motor eléctrico

Transmisión de Incrementador de velocidad

Turbina de viento


t 94

Figura 109 - Esquema de Uso Múltiple de un Aerogenerador acoplado a la Red Eléctrica, usado como Aho- rrador de Energía

Bomba de calor

Secado

':!:

Irrigación

La otra opción de acoplamiento es simplemente un aerogenerador interconec- tado a la red, la cual también alimenta el pozo. En este caso, existe un excedente de energía cuando hay buen viento, la misma que se aprovecha en operaciones de irri- gación. Figura 109.


é 95

Este volumen requerido se establece en base anual, mensual y si as( es necesario, )

también en base diaria.

=Las necesidades a satisfacer,considerando disponibilidad ilimitada de agua. =Disponibllidad limitada de agua donde las necesidades se jerarquizan y se ajus-

tan a esta condición.

El volumen a bombear puede tener dos lirnitantes:

Evaluación de requerimientos de agua a bombear 7.2.4.1

El proceso de determinación de un sistema de bombeo, el análisis económico y la selección del equipo, son descritos a continuación.

7 .2.4 Dimensionamiento y Evaluación Económica de Aerobombas

El clutch de sobrecarrera permite una suave transferencia de potencia de la turbina eólica a una transmisión de combinación sin causar sobrecarga al motor cuando hay baja velocidad de viento. La gran variabilidad en la potencia de salida de la turbina de viento es amortiguada en el sistema asistido con energía eólica y un flujo de agua estable es obtenido. Este sistema es esencialmente del tipo orientado al ahorro de energéticos convenc i anales.

El sistema funciona de tal manera que la potencia en el sistema de bombeo es la suma de la proporcionada por Ja turbina eólica y el motor eléctrico, disminuyendo la potencia proporcionada por éste conforme aumenta la velocidad del viento. Puede ocurrir el caso, inclusive, de que el motor de inducción llegue a operar como generador, cuando la potencia del aeromotor sobrepase la requerida para el bombeo.

El sistema consiste en una turbina de viento de eje vertical (Darrieus) de 40 kW para vientos de 14 m/seg., mecánicamente acoplado, a través de un clutch de sobrecarrera, a un motor de inducción de 50 kW, en posición vertical sobre el pozo y accionando una bomba vertical de turbina.

Este concepto de bom be" de agua para rrrtgacron lo está experimentando el Departamento de Agricultura del Gobierno de los E.U.A. en el Southwest Great Plains Research Center, con la colaboración del Alternative Energy lnstitute (AEI) y con financiamiento del Departamento de Energ(a.

Acoplamiento Mecánico a una Bomba Eléctrica


• 96

Coeficiente de potencia del rotor (tipicamente entre 0.20 y 0.45) Eficiencia de la transmisión Eficiencia de la bomba

4 1[

Densidad del aire Velocidad del aire Area barrida por el rotor

p voo = A

Cp

(7 - 2) 1 P = 2 . P • \/300 • A . Cp . 11 M . 11 B

La potencia del viento que extrae una aerobomba, esta dada por la expresión:

A partir de esta información, puede determinarse el tiempo medio diario en que el viento es energéticamente útil, a la vez que es posible pronosticar el valor energéti- co del viento para cada mes del año.

a. Patrón de distribución diaria b. Patrón estacional.correlacionando con el observatorio más cercano c. Velocidades medidas mensuales d. Desviación estandar de medias horarias

Este estudio consiste en una continua medición de la velocidad del viento durante 3 meses,que permita determinar:

En operaciones de irrigación, considerando una inversión intensiva en capitál y una larga vida útil para un sistema de bombeo con energra eólica, es justificable un estudio previo del viento en el sitio de interés.

Evaluación de la energ(a eólica disponible en el sitio 7.2.4.2

E R Energía requerida, Wh Q Cantidad mensual bombeada, m3 g Aceleración de la gravedad (9.81 m/s2) H = Altura de elevación total, m

(7 - 1) QgH 3,6

En función del requerimiento de agua se procede a determinar la energía, que está dada por:


97

La condición más desfavorable nos dará el mayor diámetro de rotor, valor que se ajustará al comercial disponible más próximo en dimensiones.

La optimización en la selección del diámetro del rotor, se hace en primera instan- cia considerando el peor de los casos. El procedimiento consiste en tabular los valores para cada mes de: energ(a útil disponible por el viento por unidad de área, energía requerida mensual para bombear el volumen deseado y el respectivo valor de área y diá- metro de rotor.

Si el cálculo de potencia y energra aprovechable del viento se hace sobre la base de unidad de área, para varios tipos de rotores y sistemas de bombeo, que implica utilizar diferentes coeficientes de potencia, Cp y eficiencias, 77M y 118, se tiene, por unidad de área, la base para determinar el número de aerobornbas y sus respectivos diá- metros a través de un proceso de prueba y error.

Energra requerida para bombeo = Energra eólica disponible para bombear

La condición basica.para ser técnicamente factible el bombeo de agua con energ(a eólica.es que se cumpla al menos esta condición:

Determinación de la capacidad de la aerobomba 7.2.4.3

donde C es un factor de escala y K un factor de forma, que se determinan disponiendo únicamente de la velocidad media V 00 en el perrodo y la desviación estandar a de la velocidad en el mismo período.

(7 - 4) K exp [ - (V/C} ] P (V) = { K/C) (V /C) K- l

Para el caso del viento, la función de probabilidad que se utiliza para calcular P(Vi} es la distribución de Weibull, mostrada a continuación:

Velocidad inicial de operación Velocidad de corte Potencia útil para velocidad V¡ Número total de horas del período en análisis Probabilidad de ocurrencia de la velocidad V¡ para el per{odo

Vin Ve Pi T = P(V¡) =

donde:

(7 - 3) n=Vc

E = . ~ PiP(Vi}T 1=V¡n

Este valor de potencia útil es instantáneo y la energ(a aprovechable está dada por:


98

Figura 110 - Sistema Energético Requerido para Bombeo

( 3 ) ( 2) ( 1 )

FUENTE DE SISTEMA ENERGIA RED DE AGUA (primaria o ..... - CONVERSOR - - DISTRIBUCION - (bomba} ... secundaria)

Si consideramos el sistema energético requerido para el bombeo de agua para uso agr(cola y el análisis de costo lo enfocarnos, no desde el punto de vista del usuario potencial, que no tiene más que seleccionar la alternativa más económica en términos de precios para él, sino que lo abordamos desde Ja perspectiva del estado, y particular- mente desde su misión de planeación del desarrollo, esto puede ser representado por el diagrama de bloques mostrado en la Figura 11 O.

Análisis de costo del bombeo agrícola con energía eléctri- ca y con energía eólica

7.2.5.1

7.2.5 Análisis de Casos

a. · Una misma base de tiempo, de 20 a 30 años que es la vida útil de la aerobornba. b. Una adecuada tasa de interés c. Una tasa de amortización adecuada a cada equipo d. La tasa de incremento de costos de operación y mantenimiento con el dete-

rioro del equipo e. La tasa de lrcrernento esperada en el precio de combustibles y energ(aeléctrica f. El costo real en el sitio de uso.de los combustibles utilizados o de la energ(a

eléctrica g. El factor de capacidad con que será utilizado cada equipo, que es uno de los

parámetros más importantes

Para hacer este análisis comparativo, es necesario determinar estos costos anuales considerando:

La factibilidad económica del bombeo con energ(a eólica se da cuando los costos anuales de ésta son menores a los costos anuales de las otras fuentes alternativas, convencionales o no, considerando los costos anuales de combustible o energ(a eléc- trica.

Análisis económico 7.2.4.4


QJ99

b. Aerobom ba eléctrica (1) Aerogenerador produciendo electricidad como fuente secundaria (2) Cables de interconexión y protecciones (3) Bomba eléctrica sumergible o de turbina convencional

a: Aerobornba mecánica (1) Aerobomba mecánica (2) No existe (3) Sistema conversor directamente a energ(a mecánica para la bomba

Si consideramos ahora bombeo con energía eólica en base al mismo diagrama de bloques de la Figura 110, tenemos:

El bombeo eléctrico está, por lo tanto, constreñido frsicamente a una extensión geográfica dentro de la zona de alcance de las 1 (neas de distribución de energía eléc- trica. Ampliar la zona de uso potencial implica la extensión geográfica de las 1 (neas de distribución.

-lo que constituye el costo de inversión del usuario, en tanto que, para la empresa eléctrica, representa únicamente respaldar a cada kW instalado de bombeo en opera- ción con un kW instalado de generación disponible, sin considerar pérdidas de transmi- sión y distribución.

1. Ramal de distribución 2. Transformador, protecciones y controles 3. Equipo de medición 4. Bomba eléctrica

Considerando la actual infraestructura de generación, transmisión y distribución, el instalar una bomba eléctrica representa una inversión asociada a:

(3) Bomba eléctrica sumergida o de turbina. Controles.

(2) L(neas de distribución, ramales de distribución, transformador, protecciones, acometida y equipo de medición.

(1) Sistema eléctrico (planta generadora, 1 (neas de transmisión y subtransmisión y subestaciones de potencia).

El diagrama mostrado en la Figura 110 comprende los siguientes aspectos, tra- tándose de energ(a eléctrica:


100

La Tabla 36 muestra los costos asociados al riego eléctrico y eólico, tanto para el usuario corno de infraestructura.

En el caso del bombeo eólico, la producción masiva 'de estos equipos redunda en disminución de costos, empleo permanente, y uso de tecnolog(a propia.

4. Se pueden agregar consideraciones de costo o beneficio social indirecto. Ante un masivo incremento de capacidad de irrigación por bombeo, en el caso de pozos electrificados, esto implica el incremento necesario de la capacidad de generación y distribución, grandes recursos financieros e importación de tecnología, empleo temporal y efectos inflacionarios locales.

3. Si por razones de interés social es válido subsidiar el precio de la energra eléctrica para fines de bombeo para irrigación, en los mismos términos es válido subsidiar el precio del equipo de bombeo con energ(a eólica o financiarlo con bajas tasas de interés.

El costo del kWh eólico a partir de los costos anuales del sistema, sólo se verán afectados por la inflación en el renglón del mantenimiento.

2. El costo de la energ(a tiene una variación con el tiempo. El precio del kWh eléctrico tenderá a incrementarse con el tiempo, de manera pronosticable con elevado grado de incertidumbre, en relación al aumento general en los energéticos primarios.

En el caso del bombeo con energía eólica, en donde lo que cuenta no es el gasto instantáneo, sino el volumen acumulado en un perrodo dado, el factor de capacidad/u- tilización varía de un 20 o/o a 30 o/o, dependiendo del per(odo útil de vientos y los tiempos fuera de operación. Considerando el l(mite inferior de 20 o/o, significa que para las mismas necesidades de bombeo acumulado, la capacidad instalada eólica será la mitad de la capacidad eléctrica.

1. Siendo el bombeo con energía eiéctrica una operación programable y ejecu- tada junto con maniobras de canalización del agua, o conducción por tuber ias y asper- sión, lleva a un factor de utilización de la capacidad instalada de bombeo del orden del 10 o/o (de 800 a 1000 hrs/año).

Desde el punto de vista de factibilidad económica, estas diferencias significan lo siguiente:

Este segundo esquema constituye un micro sistema eléctrico cuya restricción de carácter geográfico la determina el acceso al sitio y la disponibilidad de energía eólica.


• 101

La primera configuración tiene la ventaja de ser más económica. La segunda es

a. · Motor diesel,acoplado mecánicamente al cabezal de la bomba en el pozo b. Motogenerador diésel, conectado eléctricamente al sistema de bomba eléctri-

ca sumergida o de turbina

.Considerando la irrigación con motobombas diésel, este puede realizarse según dos configu rae iones: ·

Análisis de costo del bombeo agrícola con motobombas diese! 7.2.5.3

Considerando un per(odo de amortización de 20 años para el aerogenerador y aún cuando el ahorro en la compra de 1.283.065 kWh, sea, en el peor de los casos, gastado en costos de operación y mantenimiento del aerogenerador, es decir, aún cuando el equipo eólico no represente econom (a alguna en términos de costo de kWh, es evidente que existe un umbral de distancia, donde la opción de energía eólica es más conveniente.

En cuanto a inversión inicial, la condición de equilibrio se obtiene cuando N 3,44 km.

Establecidos las anteriores premisas, se analiza el costo de instalación de un sistema de riego para 25 hectáreas, con energ(a eléctrica y su alternativa con energra eóli- ca. Ver Tabla 3 7.

Com1iaración de costos 7.2.5.2

u s U A R I O INFRAESTRUCTURA Sistema

motor energía ramal lineas de capacidad pozo bomba dos. mto. distribución instalada

Eléctrico I I I I I I ¡

Eólico I 1/2 SCEE - I - -

COSTOS ASOCIADOS A SISTEMAS DE BOMBEO CON ENERGIA ELECTRICA O EOLICA

TABLA 36


O) 102

2 N =número de kilómetros de ramal de distribución - Los costos están expresados en miles de U.S. Dólares de 1981 - Los precios de los equipos fueron obtenidos de los distribui-

dores de los mismos en México, en junio de 1981.

Se considera un costo de $1000 US/KW instalado de aerogenerador considerando fabricación en lotes de 100 de unidades convencionales actuales, costo que en el futuro se reducirá a $500-750/KW.

NOTAS:

PARAMETROS SISTEMA ELECTRICO SISTEMA EOLICO

Utilización 10% 20%

Capacidad Bomba 100 HP 50 HP

Profundidad Bomba 40 m 40 m

Equipo de Bombeo e Instación 28,57 20,40

Equipo e Instalación Eléctrica en Baja Tensión 4,28 2, 85

Subestación Reductora de 13,8 KV a 220-440 V ( Transformador de 112,5 KVA) 6' 12 ---- Kilómetro de Ramal de Distribución 6,81 ---- Aerogenerador de 40 KW ---- 40,00 1

Inversión Total 38,97 + N.6,812 63,25

COMPARACION DE COSTOS DE INSTALACION DE UN SISTEMA ELECTRICO Y UN SISTEMA EOUCO PARA BOMBEO

TABLA 37


O) 103

DEPRECIACION EN PLANTAS DE BOMBEO ;

Oi 103

CONCEPTO CALCULO DE DURACION UTILIZABLE

Pozo y su recubrimiento 20 años Casetas de la planta 20

Bomba de turbina: Caja {aproximadamente el 50% del valor de la unidad) 16.000 horas u 8 años Columna, etcétera 32.000 horas o 16 años

Bomba centrífuga 32.000 horas o 16 años

Transmisión: Cabezal ( engr aries) 30.000 horas o 15 años Banda en V 6.000 horas o 3 años Banda plana, caucho y tela 10.000 horas o 5 anos Banda plana, cuero 20.000 horas o 10 años

Motor eléctrico 50.000 horas o 25 años Motor die sel 28.000 horas o 14 años

Motor de gasolina o destilados: Enfriamiento por aire 8.000 horas o 4 años Enfriamiento por agua 18~000 horas o 14 años

Motor de gas {propano) 28.000 horas o 14 años

. DEPRECIACION EN PLANTAS DE BOMBEO

TABLA 38

Cualquiera que sean las alternativas técnicas a considerar, para un análisis econó- mico detallado según las técnicas normales, es necesario considerar las vidas útiles en horas para las distintas partes o componentes, así como los factores de capacidad con que se utilizará el equipo, estableciendo para las alternativas técnicas la escala de tiempo en que aparezcan los gastos periódicos como los correspondientes a reemplazo de partes o equipos completos, (durante la vida útil de un aerogenerador de 20 a 30 años, el motogenerador diese! tiene que ser reemplazado una vez) y de esta manera llegar a establecer el valor presente más económico, entre las alternativas técnico-sociales factibles.

más costosa pero más versátil, al permitir usar el motogenerador en más de un pozo, o utilizarse fuera de la temporada de riego en otras aplicaciones.


104

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CAPITULO 6

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CAPITULO 5

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4.2 Braga, S.L "Análisis Experimental de Desempehno de Rotores Eólicos do Tipo Darrieus", Tesis de Maestría, Dpto , de Ingeniería Mecáni- ca, PUC/RJ, 1981.


149

b. Wind Behavior: it is explained how good behavior at a given wind velocity can prove to be poor behavior at other velocities; the effect of selecting wind velocity so as to obtain optimal behavior with respect to the total annual power output is illustrated; and guidelines are provided for the sound selection of wind velocity for optima! behavior.

a. Power transmission: the energy passes from the air to the rotor and from the rotor to the pump, by means of transmission. The pump transforms the energy into raised water. How to choose the various parameters so as to obtain a maximum water flow and maximum windrnill efficiency is explained in tenns of aspecified wind.

This chapter propases to analyze these three questions formulated with respect to the problem of matching windmills to their operating conditions, on the basis of the following parameters:

3. How do we predict the average annual water output?

2. How do we choose the wind velocity at which efficiency is as high as possible?

1. H

revista 1,~83 eneroetica 16==' ====!jbiblioteca.olade.org/opac-tmpl/documentos/hm000250.pdf ·...

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