Renewable Energies

5/21/2018 Renewable Energies

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Ciro Abelardo Espinoza Montes

# de ID: UD5687HED11836

Essay about

Renewable energies

My Life in Huancayo, Per

ATLANTIC INTERNATIONAL UNIVERSITY

HONOLULU, HAWAII

NOVIEMBRE DE 2012


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TABLA DE CONTENIDOTABLA DE CONTENIDO .............................................................................................. 2INTRODUCCIN ............................................................................................................ 4

1 Polticas y estrategias ............................................................................................... 71.1 Introduccin ...................................................................................................... 71.2 Polticas ............................................................................................................ 71.3 Estrategias ......................................................................................................... 91.4 Conclusin ........................................................................................................ 9

2 Energa solar ........................................................................................................... 102.1 Introduccin .................................................................................................... 102.2 Radiacin solar ............................................................................................... 112.3 Tecnologas de energa solar .......................................................................... 17

2.3.1 Energa solar trmica de bajas temperaturas .............................................. 182.3.2 Energa solar trmica de altas temperaturas ............................................... 19

2.3.3 Energa solar fotovoltaica ........................................................................... 212.4 Aplicaciones de energa solar ......................................................................... 22

2.4.1 Calentamiento de agua domstica .............................................................. 232.4.2 Potabilizacin de agua ................................................................................ 242.4.3 Secado solar ................................................................................................ 242.4.4 Refrigeracin y climatizacin solar ............................................................ 252.4.5 Generacin de energa elctrica .................................................................. 262.4.6 Separar hidrgeno del agua ........................................................................ 26

2.5 Conclusiones ................................................................................................... 263 Energa elica ......................................................................................................... 28

3.1 Introduccin .................................................................................................... 283.2 Energa del viento ........................................................................................... 293.3 Tecnologa elica ............................................................................................ 313.4 Aplicaciones de la energa elica ................................................................... 343.5 Conclusiones ................................................................................................... 34

4 Energa hidrulica ................................................................................................... 364.1 Introduccin .................................................................................................... 364.2 Recursos hidrulicos ....................................................................................... 374.3 Tecnologas hidrulicas .................................................................................. 384.4 Aplicacin de la energa hidrulica ................................................................ 404.5 Conclusiones ................................................................................................... 41

5 Energa de la biomasa ............................................................................................. 425.1 Introduccin .................................................................................................... 425.2 Energa de la Biomasa .................................................................................... 43

5.2.1 Cultivos bioenergticos .............................................................................. 445.2.2 Residuos ganaderos .................................................................................... 455.2.3 Residuos agrcolas y forestales ................................................................... 465.2.4 Residuos urbanos ........................................................................................ 46

5.3 Tecnologa para bioenerga ............................................................................ 485.3.1 Sistema incinerador de RSU ....................................................................... 485.3.2 Gasificador ................................................................................................. 495.3.3 Pirolisador ................................................................................................... 50

5.3.4 Biodigestor ................................................................................................. 515.4 Aplicacin de la energa de la biomasa .......................................................... 52


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5.5 Conclusiones ................................................................................................... 53CONCLUSIN .............................................................................................................. 55BIBLIOGRAFA ............................................................................................................ 56


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INTRODUCCIN

Una estrategia para mitigar el cambio climtico est en la reduccin del uso

de energas provenientes de los hidrocarburos y remplazarlos por energaslimpias y renovables.

Figura 0.1: Proceso de Mitigacin del Cambio Climtico

En este proceso de mitigacin del cambio climtico, el estado juega unpapel importante, financiado investigaciones, promoviendo el uso de EnergasRenovables (ER) y controlando que los grupos de inters (GI) estn reduciendosu emisin de carbono.

Tabla 0.1: Funciones de elementos de la mitigacin del cambio climtico

Proceso Funcin

Estado Polticas y estrategias de largo plazo para promover el uso de las ERI + D + i Facilitar la disponibilidad de las energas renovables (ER)ER Proveer de energa limpia. Proveer dificultades de utilizacin.Grupos de inters Reducir emisin de carbono para mitigar el cambio climtico. Dificultad en adopcin de ER.

Desinters por reducir

El estado debe formular las polticas y estrategias de largo plazo parapromover el uso de las ER. En el Per se ha promulgado el Decreto Legislativode promocin de la inversin para la generacin de electricidad con el uso de

energas renovables (2008). Este DL en su artculo primero declara que elpresente Decreto Legislativo tiene por objeto promover el aprovechamiento delos Recursos Energticos Renovables (RER) para mejorar la calidad de vida dela poblacin y proteger el medio ambiente mediante la promocin de lainversin en la produccin de electricidad.

La Investigacin, desarrollo e innovacin (I+D+i) debe facilitar ladisponibilidad de las ER, ya que su limitada utilizacin est sustentada en quelas energas tradicionales son fciles de disponer y utilizar.

Los sistemas de generacin de ER deben proveer de energa limpia a los

usuarios o grupos de inters (GI) y si existen dificultades en su utilizacinrealizar investigacin o innovacin para eliminar el problema.

Mitigacin delCambioClimtico

CambioClimtico

I+D+i

Estado ER

Grupo deinters

Polticas

Polticas

Aumentar C

Objetar

ProveerFacilitar

Proveer

Financiar

Reducir C


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Los grupos de inters deben reducir sus emisiones de carbono para mitigarel cambio climtico. Este hecho se tropieza con dos problemas, la dificultad enadopcin de ER y en la falta de conciencia ambiental.

En este ensayo abordaremos el problema de cmo superar la dificultad enla adopcin de las energas renovables?

Para superar el proceso de adopcin de las energas renovables, se debecontar anticipadamente con las polticas y estrategias del estado que permitanadaptar las energas: solar, elica, hidrulica y de la biomasa a la necesidadesde los usuarios y produciendo energas limpia.

Figura 0.2: Proceso de adaptacin de Energas Renovables

El proceso de adaptacin de adaptacin requiere de la identificacin delrecurso y la tecnologa adecuada que permita generar energa limpia.

Figura 0.3: Modelo de adaptacin de energas renovables

Hay la necesidad de conocer el potencial del recurso que se cuenta en ellugar donde se quiere aplicar. Esto podemos lograr mediante investigacin delpotencial de los RER.

Tabla 0.2: Funciones de elementos de la mitigacin del cambio climtico

Proceso Funcin

Recurso Investigar las tecnologas existentes de acuerdo al recurso existente.Tecnologa Innovar la tecnologa para facilitar su utilizacin y mejorar la productividad del recurso.Energa Evaluar la utilizacin de la energa y la productividad del recurso.

Tambin es necesario saber con qu tecnologas se cuenta para hacer tillos RER, y cules de ellos son accesibles en el lugar de aplicacin.

Energas renovablesEner a lim ia

Problemas de

utilizacin

Polticas

I+D+i

Energa limpia

Polticas

Tecnologa

Recurso

Energa

Evaluar

Uso difcilInnovar

Investigar

Fcil uso


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Finalmente, es necesario evaluar la utilizacin del RER y su productividadalcanzada, buscando desarrollar la tecnologa mediante la innovacinpermanente de su funcionamiento.

Los recursos energticos renovables, son aquellos que se producen deforma continua y tienen reducidos efectos nocivos hacia el medio ambiente encomparacin con los recursos energticos no renovables.

En el Per se considera Recurso Energtico Renovable a la biomasa, laenerga elica, la energa solar, la geotrmica, la mareomotriz y la hidrulicacuando ste no sea mayor de 20 MW (DL 1002, 2008, Art.3). Para nuestrocontexto, el Valle del Mantaro, excluiremos la energa geotrmica ymareomotriz por no contar con estos recursos.

El DL 1002 (2008, Art. 10) dispone que el Consejo Nacional de Ciencia,

Tecnologa e Innovacin Tecnolgica (CONCYTEC) en coordinacin con elMinisterio de Energa y Minas y los gobiernos regionales, implementarmecanismos para desarrollar investigacin en energas renovables, dondeparticipen las universidades y organizaciones especializadas.

Entre las ventajas ambientales se puede sealar la no emisin de gasescontaminantes como el CO2y la no generacin de lluvia cida (SO2 y NOx), lano generacin de residuos peligrosos como los residuos radiactivosrelacionados con el uso de la energa nuclear, y la autonoma de sufuncionamiento (puede accederse en cualquier lugar).


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1 Polticas y estrategias

1.1 Introduccin

Para lograr los objetivos de planificacin, es importante contar conpolticas y estrategias. Las polticas son declaraciones para resolver problemasque limitan la discrecionalidad en la toma de decisiones. Las estrategias sonlos cursos de accin que seguimos dentro de las polticas hasta lograr losobjetivos.

Figura 1.1: Polticas para la adaptacin de Energas Renovables

En ese sentido, para el desarrollo de las energas renovables, se debecontar con polticas y estrategias para I+D+i, para las Energas Renovables ypara los grupos de inters.

Gamio y Garca (diciembre de 2011, pg. 14) sostienen que el potencialdisponible y el uso de la tecnologa constituyen los pilares fundamentales delas polticas relativas a la energa y al cambio climtico, y es fundamental

reducir la dependencia del consumo de petrleo y el carbn.

1.2 Polticas

Las polticas son declaraciones para resolver problemas que limitan ladiscrecionalidad en la toma de decisiones. Las polticas deben estarrelacionadas con el problema a resolver y el objetivo a lograr.

Para formular una poltica debe tenerse en cuenta la tabla 1.1, se formulael problema indicando la causa, en el objetivo se indica lo que se va a lograr yla alternativa que elimina la causa, en la poltica se formula el compromiso de

eliminar la causa planteando cuantitativamente la alternativa a implementar.Tabla 1.1: Formulacin de poltica

Problema Objetivo PolticaProblema y causa raz Resultado esperado y alternativa

para eliminar causa razCompromiso para implementaralternativa hasta el nivel indicado

Cambio climtico provocado por eluso de energas fsiles en 73% dela energa comercial. (Petrleo56%+GN 17%)

Mitigar el cambio climtico utilizandoenergas renovables como fuente deenerga en el Per

Nos comprometemos a desarrollarlas energas renovables hastaalcanzar 40% de las fuentes deenerga comercial en el Per.

Fuente: elaboracin propia

En el Per, la Poltica Energtica Nacional, para los aos del 2010 al2040, est definida en el Decreto Supremo No. 064-2010-EM.

Energas renovables

Ener a lim ia

Problemas deutilizacin

Polticas yestrategias

I+D+i


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El primer objetivo del Decreto Supremo es contar con una matrizenergtica diversificada, con nfasis en las fuentes renovables y la eficienciaenergtica. Para lo cual se ha formulado los siguientes lineamientos de poltica(D.S. No. 064-2010-EM, 24 de noviembre de 2010):

Definir la matriz energtica con base en la planificacin integrada deldesarrollo de los recursos y establecer mecanismo para sucumplimiento.

Promover proyectos e inversiones para lograr una matriz energticadiversificada y en base a las energas renovables convencionales yno convencionales, hidrocarburos, geotermal y nuclear, quegaranticen la seguridad energtica del pas.

Incorporar la eficiencia energtica como parte de la MatrizEnergtica.

Priorizar la construccin de centrales hidroelctricas eficientes comobase para la generacin elctrica nacional.

Promover el uso eficiente de las fuentes de energas renovablesconvencionales y no convencionales; as como la generacindistribuida.

El sexto objetivo del Decreto Supremo es desarrollar un sector energticocon mnimo impacto ambiental y bajas emisiones de carbono en un marco deDesarrollo Sostenible. Para lo cual se ha formulado los siguientes lineamientosde poltica (D.S. No. 064-2010-EM, 24 de noviembre de 2010):

Impulsar el desarrollo y uso de energas limpias y de tecnologas con

bajas emisiones contaminantes y que eviten la biodegradacin delos recursos.

Establecer medidas para la mitigacin de emisiones provenientes delas actividades energticas.

Promover que los proyectos energticos obtengan los beneficios dela venta de los certificados de la reduccin de emisiones (CERs)para el mercado de carbono.

Alcanzar una normativa ambiental con requerimientos compatiblescon la Poltica Nacional del Ambiente y los estndaresinternacionales.

Promover el perfeccionamiento permanente de las normas deseguridad en el uso de energticos.

Promover e incentivar el uso de residuos slidos y lquidos para laproduccin de energa.

Promover prcticas de responsabilidad social en las actividadesenergticas.

Promover las relaciones armoniosas entre el estado, lascomunidades y empresas del sector energa.

De los nueve objetivos que considera el Decreto Supremo, solo dos serefieren a las energas renovables y su impacto en el medio ambiente.


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1.3 Estrategias

Las estrategias son los cursos de accin que seguimos dentro de laspolticas hasta lograr los objetivos. Las estrategias se construyen a partir de

identificar oportunidades o amenazas y cruzarlas con las formalezas ydebilidades que se tiene.

Para formular una estrategia debemos tener en cuenta la tabla 1.2.Identificar las fortalezas o debilidades existentes en el interno, identificar lasoportunidades o amenazas en el entorno, y mediante el cruce de la informacinformular una estrategia respondiendo a cualquiera de las preguntas, segncorresponda:

Qu hacer para aprovechar la oportunidad existente utilizando lafortaleza que se tiene?

Qu hacer para aprovechar la oportunidad existente fortaleciendola debilidad que se tiene?

Qu hacer para neutralizar la amenaza existente utilizando lafortaleza que se tiene?

Qu hacer para neutralizar la amenaza existente fortaleciendo ladebilidad que se tiene?

Tabla 1.2: Formulacin de estrategia

Factores Estrategia

F/DEl Valle del Mantaro tiene una radiacin solar de5.5 a 6.0 kW h/m2

Desarrollar proyectos de generacin de energa

elctrica con Energa Solar cuya potencia instalada seamayor a 500 kW.O/A

El MINEM otorgar concesin definitiva cuandola generacin de energa elctrica con recursosEnergticos Renovables con potencia instaladamayor de 500 KW.


EL Ministerio de Energa y Minas, en el Plan Nacional de ElectrificacinRural (PNER, 2011), plantea como cuarto objetivo, fomentar elaprovechamiento de fuentes de energa renovable en sistemas de generacindistribuida integrados en las redes de distribucin elctrica, para lo cual plantealas siguientes estrategias:

Elaborar estudios que permita el desarrollo de las energasrenovables (hidrulica, solar y elica) y la actualizacin de losdiseos de los sistemas elctricos rurales.

Priorizar los proyectos mediante la utilizacin de fuentes de energasrenovables en las reas pertinentes.

Formular el Plan Maestro de Energas Renovables.

1.4 Conclusin

Luego, para el desarrollo de las energas renovables, se debe formularpolticas con declaraciones que resuelvan problemas, con discrecionalidad para

tomar de decisiones, y estrategias que definan los cursos de accin a seguirdentro de las polticas hasta lograr los objetivos.


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2 Energa solar

2.1 Introduccin

La energa solar, es aquella que proviene del flujo solar, es una energalimpia e inagotable, cuya utilizacin experimenta dificultades debidas a factoresculturales y al difcil manejo de la tecnologa. Un factor a tener en cuenta esque la energa solar como recurso lo tenemos a la mano, y su utilizacin directapermitira no contaminar el medio ambiente.


Con el fin de facilitar su utilizacin, es necesario conocer las caractersticasdel recurso radiacin solar, de acuerdo a ello innovar las tecnologas que sonadecuadas para utilizar la energa con facilidad.

Figura 2.2: Modelo de adaptacin de la energa solar

La investigacin nos proporciona informacin acerca de lascaractersticas de la radiacin solar, de sus propiedades o categoras quepermite innovar diferentes tecnologas cuya funcin fundamental esproporcionar energa limpia.

El problema de su dificultad de utilizacin depender de la identificacinde la causa raz de la dificultad, y modificarla con la finalidad de que se puedacontar con energa limpia para alimentar a cualquier proceso, en cualquier lugary en todo momento.

Energa SolarEner a lim ia


Polticas

I+D+i

Energa limpia

Polticas

Tecnologa

Radiacin Solar

Aplicacion

Evaluar

Uso difcilInnovar

Investigar

Fcil uso


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2.2 Radiacin solar

La energa solar es, la energa que llega a la tierra en forma de radiacinelectromagntica procedente del sol, en donde se genera. La radiacin en el

sol es 63 450 720 W/m2

, del cual llega a la superficie externa de la atmosferaterrestre 1 353 W/m2 con una variacin de 3% que es conocida comoConstante Solar.

Figura 2.3: Irradiacin solar (Mndez Muiz & Cuervo Garca, 2007)

De la Constante Solar, la radiacin que llega a la superficie terrestre essolo el 46%, el restante 54% es reflejado fuera de la atmsfera ya sea por lasnubes o por la superficie terrestre.

La radiacin utilizable en la superficie terrestre es de 630 W/m2 este valor

es la suma de la radiacin directa (24% de la constante solar) y la radiacindifusa (21% de la radiacin difusa).

A estos dos tipos de radiacin podemos incrementarle la radiacinreflejada o albedo, ya que podemos hacer que la radiacin que reciba elcolector puede provenir de la radiacin directa, la radiacin difusa y la radiacinreflejada (albedo) (figura 2.4).

La radiacin directaes aquella que viene directamente del sol y choca enforma perpendicular a la superficie del colector.

La radiacin difusa es aquella que no viene directamente del sol y esemitida por cuerpos que absorbieron la energa solar.

Atmsferaterrestre

Superficie

terrestre

Nubes

Irradiacin solar63 450 720 W/m2

Constante solar1 353 W/m2

336 W/m2294 W/m2

630 W/m2

21%24%

7%

47%


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El Albedoes aquella radiacin que llega a la superficie del colector luegode haberse reflejado en las superficies de entorno.

La radiacin globales la suma de las radiaciones directa y difusa.

Radiacin total es la sema de las radiaciones directa, difusa y albedo(Jutglar Banyeras, 2004, p.22).

Figura 2.4: Radiacin solar directa, difusa y albedo

Para utilizar adecuadamente la radiacin solar es necesario conocer laposicin del sol respecto al lugar de aplicacin. En el cual es importante elplano horizontal de un punto sobre la superficie terrestre (punto P en la figura2.5)

Figura 2.5: Latitud (), ngulo horario (h) y ngulo de declinacin () para un punto Psituado sobre la superficie de la tierra (Jutglar Banyeras, 2004, p.14)

NubeSol


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La posicin del sol podemos determinar mediante tres ngulos: ngulo dedeclinacin () formado por el plano del ecuador terrestre con la lnea que uneel sol y la tierra; ngulo de latitud () que es el ngulo comprendido entre elparalelo del lugar y el ecuador, tomndose como positivo para el hemisferio

norte y negativo para el hemisferio sur; y el ngulo horario (h) que es el ngulocomprendido entre el plano meridiano que pasa por el punto de aplicacin y elplano meridiano que pasa por el sol, es nulo cuando el sol pasa por el puntoms alto (medioda solar), antes es negativo y despus es positivo.

Para la determinacin de la posicin del sol, se han desarrollado modelomatemticos muy aproximado, pero en la actualidad existen pginas web comohttp://www.sunearthtools.com que nos presenta herramientas mas precisas ysencillas de utilizar. Para lo cual es necesario tener el concepto decoordenadas polares para ubicar el sol (figura 2.6).

Figura 2.6: Posicin del sol respecto al plano horizontal (Jutglar Banyeras, 2004, p.14)

Los ngulos de posicin del sol son:

Azimut() que es el ngulo comprendido entre la direccin sur y ladireccin de la proyeccin del sol sobre el plano horizontal, seconsidera positivo hacia el oeste y negativo hacia el este;

elevacin() es el ngulo comprendido entre la posicin del sol y elplano horizontal.

Para determinar los datos de la posicin del sol para la Facultad deIngeniera Mecnica (FIM) de la Universidad Nacional del Centro del Per(UNCP) se ha utilizado la URL:http://www.sunearthtools.com

En la pgina de inicio se selecciona Posicin Sol, en la ventana buscarse ingresa: Facultad de Ingeniera Mecnica, Huancayo, Per. Al hacer clic enejecutarse obtiene la informacin de la trayectoria del sol, el diagrama solarpolar y cartesiano, y las tablas con los datos a la hora actual o a la hora que seconfigure.
http://www.sunearthtools.com/http://www.sunearthtools.com/http://www.sunearthtools.com/http://www.sunearthtools.com/http://www.sunearthtools.com/http://www.sunearthtools.com/http://www.sunearthtools.com/


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Figura 2.7: Trayectoria del sol por la FIM UNCP

Figura 2.8: Diagrama solar polar FIM UNCP


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En la figura 2.7, aparece la fotografa de la UNCP y el punto seleccionadola FIM. En la fotografa se representa el diagrama solar polar y en lnea amarillala trayectoria del sol a la fecha de la toma de datos (29/10/2012).

En la figura 2.8, en el diagrama solar polar, aparecen dos lneas negrasque corta el crculo en dos partes; la lnea superior corresponde al recorrido delsol el da 21/06/2012, fecha en que se tiene la mayor radiacin solar; la lneainferior corresponde al recorrido del sol del 21/12/2012, fecha de menorradiacin solar; la lnea amarilla corresponde al recorrido del sol en la fechaactual (29/10/2012), es decir, la fecha de la toma de datos.

Figura 2.9: Diagrama solar cartesiano FIM UNCP

En el diagrama cartesiano (figura 2.9), adems de la informacin anterior,se puede observar el recorrido del sol cuando ste no es visible.

El tiempo de luz y el medio da solar para la fecha actual se tiene en latabla 2.1. En la FIM UNCP, el da 29 de octubre del 2012 tubo luz solar durante12 h 30 min 55 s y el medioda solar fue a las 11 h 44 min 43 s.

Tabla 2.1: Tiempo y medio da solar para la FIM UNCPPosicin del sol Elevacin Azimut latitudes longitudes

29/10/2012 15:47 31.08 261.01 12.0325159, S 75.2376419 W

Crepsculo Salida de sol Puesta de sol Azimut Salida de sol Azimut Puesta de sol

crepsculo -0.833 05:29:16 18:00:11 104.16 255.67

crepsculo civil -6 05:07:25 18:22:02 105.37 254.44

Nutica" crepsculo -12 04:41:52 18:47:37 106.98 252.82

El crepsculo astronmico -18 04:16:06 19:13:26 108.83 250.95

la luz del da hh:mm:ss diff. dd+1 diff. dd-1 Medioda

29/10/2012 12:30:55 00:00:37 -00:00:36 11:44:43Obtenido con: SunEarthTools.com


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En la tabla 2.2, se tiene la elevacin y el azimut para el 29/10/2012 para laFIM UNCP, cada 60 minutos, desde la salida del sol hasta la puesta. Laherramienta nos puede dar informacin cada 10, 15, 20, 30 y 60 minutos.

Tabla 2.2: Elevacin y Azimut para la FIM UNCP

Fecha: 29/10/2012Coordenadas -12.0325139, -75.2376484ubicacin: Facultad de Ingeniera Mecnica, Huancayo, Perhora Elevacin Azimut05:29:16 -0.833 104.1606:00:00 6.47 102.6407:00:00 20.86 100.2208:00:00 35.34 98.3709:00:00 49.88 97.06

10:00:00 64.45 96.6811:00:00 78.98 100.1012:00:00 85.89 244.9513:00:00 71.56 262.5514:00:00 57.00 263.1815:00:00 42.44 262.2316:00:00 27.94 260.6217:00:00 13.51 258.4718:00:11 -0.833 255.67Obtenido con: SunEarthTools.com

A manera de conclusin, sobre la radiacin solar podemos afirmar losiguiente:

La radiacin solar sobre la atmsfera terrestre que sirve como base declculo es denominada Constante Solartiene un valor de 1353 W/m2, del cualllega a la superficie en forma de radiacin directa 336 W/m2y como radiacindifusa 294 W/m2.

Para ubicar un captador eficiente en la superficie terrestre, es necesarioconocer el Azimut y la Elevacin del sol en el punto de instalacin, actualmenteexisten herramientas en Internet que permite obtener estos datos con bastantefacilidad.

Entonces, para captar la mayor cantidad de radiacin solar es necesarioque el captador est siempre perpendicular a la direccin del sol. En caso deutilizar el plano aparente de la trayectoria solar, el ngulo del plano respecto ala horizontal ser igual al ngulo de elevacin al medioda solar.


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2.3 Tecnologas de energa solar

La energa solar se obtiene de la luz y el calor radiante del sol, mediantediversas tecnologas, con el fin de transformarla en energa elctrica, energa

mecnica o energa calorfica.

Las tecnologas de generacin de energa solar podran utilizar la luz o elcalor o ambas. Tambin pueden usar la radiacin directa, o las radicacionesdifusas o ambas (considerando dentro de la radiacin difusa el albedo)

Las tecnologas trmicas usan la radiacin para producir energamecnica mediante el calentamiento de un fluido, para luego producir energaelctrica. Las tecnologas fotovoltaicas estn construidas con materialessemiconductores que captan la radiacin solar y la transforma en energaelctrica.

De la radiacin solar, para los humanos solo es visible aquellos quetienen una longitud de onda entre 0.4 m y 0.7 m, las de menor longitud sonultravioletas y no son visibles, las de mayor longitud son los infrarrojos quetampoco son visibles.

Figura 2.10: Espectro Solar (tomado de: http://www.astromonos.org)

En la figura 2.10, en el eje X se representa la energa de un quantum porsu tamao de onda en micras de metro (m) y en el eje Y se representa lacantidad de quantum por su intensidad.

Cuando la radiacin solar llega a un cuerpo, este puede absorber, reflejaro dejar pasar. El cuerpo absorbe la radiacin en forma de calor cuando el colorde este es negro. El cuerpo refleja la radiacin cuando es de color blanco obrillante. El cuerpo deja pasar la radiacin cuando es transparente como elvidrio.


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2.3.1 Energa solar trmica de bajas temperaturas

Las tecnologas de energa solar trmica de bajas temperaturas sebasan en la captacin de la radiacin mediante un cuerpo negro el cual emite

luego una radiacin infrarroja que es optimizada mediante la transferencia decalor por conduccin, conveccin o radiacin.

Segn Mendez Muiz y Cuervo Garca (2008, p. 50) la tempratura deequilibrio de los materiales utilizados en las placas solares est entorno a los150 C.

La funcin de un sistema solar trmico de bajas temperaturas es el detransformar el fluido fro en fluido caliente mediante la captacin y conversinde la radiacin solar en energa calorfica. Es de bajas temperaturas porquegeneralmente las salidas son menores a 70 C.

El fluido a calentar generalmente es agua, pero de acuerdo a lasaplicaciones a realizar este fluido puede ser aire, aceite o cualquier otro.

En la tabla 2.3, se indican las funciones que realizan cada uno de loselementos de un sistema solar trmico de bajas temperaturas.

Tabla 2.3: Funciones de elementos del sistema solar trmico de bajas temperaturas

Elemento FuncinCaptador Capta y convierte la radiacin solar en energa trmica mediante un cuerpo negro.

Intercambiador Transfiere la energa captada hacia el almacn mediante un fluido de transferencia trmica.

Aislante Asla el sistema para reducir la prdida del calor captado mediante efecto invernadero u otro

medioAlmacenamiento Almacena la energa captada mediante el calentamiento de agua.

Control Controla en funcionamiento de los distintos elementos dentro de los parmetrosestablecidos.


El fluido frio puede ingresar directamente al captador, cuando este es elfluido de transferencia del intercambiador, e ingresa directamente al almacncuando el fluido de transferencia es otro.

El captador, cuerpo negro, transfiere el calor al fluido de transferencia,

en mismo que es llevado por el intercambiador hacia el almacn de dondevuelve frio para continuar su calentamiento. El aislante evita que los elementospierdan calor, en el captador puede realizarse mediante el principio deinvernadero, en el intercambiador y el almacn cubriendo con materiales debaja conduccin de calor. El control permite controlar el flujo de fluido detransferencia y en el almacn la cantidad y temperatura del fluido.

El captadores un cuerpo negro con capacidad de absorcin de calor yde transferir el calor por conduccin, conveccin o radiacin. La radiacin queemite el cuerpo negro es infrarroja, por lo que no es visible y dependiente de sulongitud de onda no podr atravesar un cuerpo transparente. Los captadores

pueden ser de placa plana, de tubo de vaco, piedras negras, etc.


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El vidrio solo permite pasar longitudes de onda entre 0.3 m y 3 m,mientras que para el resto es un cuerpo opaco (Mendez Muiz & CuervoGarca, 2008, p.52)

Figura 2.11: Sistema solar trmico de bajas temperaturas

El intercambiadorde calor es el que transporta el calor de un elementoa otro por medio de un fluido de transferencia. Este fluido puede ser el mismofluido a calentar u otro especial (fluidos caloportadores). El fluido detransferencia trmica debe ser seleccionado de acuerdo a su calor especfico,coeficiente de dilatacin, viscosidad, punto de congelacin, volatilidad,inflamabilidad y toxicidad.

El almacn es el lugar donde se almacena el fluido calentado o en

proceso de calentamiento. Debe estar aislado con un material de bajatransferencia de calor.

El aislante trmico es un elemento complementario a cada elementoque evita que se pierda calor en los medios. Siendo el captador el elementoesencial del sistema, su aislamiento debe realizarse con un cuerpotransparente mediante el efecto invernadero para dejar pasar los rayos solaresy evitar que estos sean reflejados, y tambin evitar la prdida de calor porconduccin o conveccin.

El controltambin es un elemento complementario que permite ejercer

control sobre los elementos con variacin limitada. Puede controlarse lavelocidad del fluido de transferencia de acuerdo a las necesidades, de igualmodo el volumen y la temperatura del fluido.

2.3.2 Energa solar trmica de altas temperaturas

Las tecnologas de energa solar trmica de altas temperaturas se basanen la captacin de la radiacin solar mediante un concentrador parablico querefleja la radiacin hacia un cuerpo negro ubicado en el foco de la parbola,que contiene un fluido que se eleva a altas temperaturas para ser convertido enenerga mecnica mediante una turbina o motor Stirling.

Segn Hermosillo Villalobos (1995, p.50), con los colectoresconcentradores de energa solar, se pueden obtener temperaturas entre 100 y

RadiacinsolarFluido fro

Fluido calienteCaptador Intercambiador Almacn

Aislante

Control


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500 C si se usan colectores focales rudimentarios, entre 500 y 1500 C si elsistema ptico de los colectores tiene un buen acabado y entre 1500 y 3500 Csi el sistema ptico tiene un acabado perfecto.

Los sistemas solares trmicos de altas temperaturas trabajangeneralmente con la radiacin solar directa, por este motivo deben estardirigidos siempre hacia el sol. En los colectores parablicos de canal, lavariacin de la posicin debe estar en funcin de Azimut, por tener el receptoren lnea existirn menos perdidas por la variacin de la Elevacin; pero en loscolectores parablicos de disco, se debe considerar la variacin de la Elevaciny el Azimut.

En la tabla 2.4, se indican las funciones que realizan cada uno de loselementos de un sistema solar trmico de altas temperaturas.

Tabla 2.4: Funciones de elementos del sistema solar trmico de altas temperaturas

Elemento FuncinConcentrador Concentra la radiacin solar mediante reflectores de forma parablica.

Receptor Absorbe la radiacin solar reflejada y transforma en energa trmica mediante un cuerponegro y transfiere al fluido generando altas temperaturas.

Intercambiador Transfiere la energa captada hacia el motor mediante un fluido de transferencia trmica enforma de vapor.

Aislante Asla el sistema para reducir la prdida del calor captado.

Control Controla en funcionamiento de los distintos elementos dentro de los parmetrosestablecidos.

Motor Transforma el vapor energa mecnica.


El concentradoses una superficie parablica que concentra la radiacinsolar en el foco de la parbola, la superficie puede ser de cana o de disco, sueficiencia depender de la calidad del acabado superficial para que refleje conmayor eficiencia los rayos solares. Los materiales ms utilizados son la plata,aluminio y vidrio plateado (espejo).

El receptor es el cuerpo negro que absorbe la radiacin solar y lotransforma en calor, por el interior circula el fluido de transferencia trmica.Generalmente debe ser de metal con alta absorbancia y baja emitancia.

Figura 2.12: Sistema solar trmico de altas temperaturas

Radiacinsolar

Energa mecnica

Concentrador Receptor Intercambiador

Aislante

Control

Motor


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El intercambiador de calor es el que transporta el calor desde elreceptor hasta el motor por medio de un fluido de transferencia trmica fluidocaloportador. El fluido de transferencia trmica debe ser seleccionado deacuerdo a su calor especfico, coeficiente de dilatacin, viscosidad, punto de

congelacin, volatilidad, inflamabilidad y toxicidad.

El aislante trmico es un elemento complementario a cada elementoque evita que se pierda calor en los medios. Considerando que el sistematrabaja a mayores temperaturas, el aislamiento debe evitar la prdida de calorpor conduccin, radiacin o conveccin.

El controltambin es un elemento complementario que permite ejercercontrol sobre los elementos con variacin limitada. Puede controlarse lavelocidad del fluido de transferencia de acuerdo a las necesidades, de igualmodo la velocidad del vapor o aire caliente para mover el motor o turbina.

El motor es el elemento motriz que convierte la energa cintica delfluido caliente (vapor o aire) en energa mecnica. Con el fin de reducir lasprdidas de calor en el transporte del fluido de transferencia trmica, en loposible este debe estar ubicado lo ms cerca del receptor.

2.3.3 Energa solar fotovoltaica

El sistema de energa solar fotovoltaico produce la transformacin de laradiacin solar en energa elctrica de corriente continua. Para esto utilizamateriales semiconductores como el silicio monocristalino, silicio policristalino,

silicio amorfo, arseniuro de galio, sulfuro de cadmio, fosfuro de indio telorurode cadmio.

En la tabla 2.5, se indican las funciones que realizan cada uno de loselementos de un sistema solar fotovoltaico.

Tabla 2.5: Funciones de elementos del sistema solar fotovoltaico

Elemento FuncinCaptador Capta y convierte la radiacin solar en corriente elctrica mediante paneles fotovoltaicos.

Acumulador Almacena la energa elctrica producida por el captador fotovoltaico y fija la tensin detrabajo.

Regulador Protege la carga de la batera y trata de obtener la mxima potencia del panel fotovoltaico.

Inversor Transforma la corriente continua en corriente alterna y protege contra cortocircuitos.Transformador Transforma la corriente alterna a la diferencia de potencial necesaria.


El captadores un panel fotovoltaico que transforma la radiacin solar enenerga elctrica mediante clulas fotovoltaicas que son semiconductores quereciben fotones para liberar electrones.

Para Roldn Viloria (2010, p.180) el principio de funcionamiento de lospaneles fotovoltaicos se basa en la propiedad que tienen estossemiconductores de generar electricidad por el efecto de los fotones de la luz

del sol, que al incidir sobre las clulas fotovoltaicas liberan los electrones de


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estos materiales semiconductores al romper la barrera P-N, y asi, salir desemiconductor a travs de un circuito exterior."

El acumulador es una batera de plomo-acido, estacionaria de ciclo

profundo que resisten ciclos de carga y descarga, y soportar periodosprolongados de carga parcial.

El regulador de carga es un dispositivo electrnico de control, queinterrumpe la conexin con el captador cuando la batera est cargada,interrumpe la conexin con la red de consumo cuando la batera llega a suprofundidad mxima de descarga, y garantizan que los paneles trabajen en supunto de mxima potencia.

El inversor es un dispositivo electrnico que transforma la corrientecontinua en corriente alterna y que proteja la carga contra cortocircuitos.

El transformador es un dispositivo elctrico que transforma la corrientede entrada a determinadas condiciones de salida en cuanto a la intensidad ydiferencia de potencial.

Figura 2.13: Sistema solar fotovoltaico

2.4 Aplicaciones de energa solar

La principal aplicacin de las tecnologas de energa solar trmica de

bajas temperaturas es la generacin de agua caliente sanitaria para viviendas oedificios pblicos y la climatizacin de piscinas, aplicaciones agrcolas comocalentamiento de sustratos de invernadero.

Las aplicaciones de la energa solar trmica de altas temperaturas sonprincipalmente para generar energa elctrica o mecnica mediante lavaporizacin del agua u otro fluido para mover una turbina o un motor.

Principios recomendados para la aplicacin de la energa solar trmica(Mendez Muiz & Cuervo Garca, 2008, pp.154-157) son:

1. Captar el mximo posible de energa solar.

2. Consumo prioritario de la energa solar.

Radiacinsolar

Corriente Alterna

Captador Regulador

Acumulador

Inversor

Transformador

Corriente Continua


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3. Asegurar la correcta complementariedad entre la energa solar y laenerga convencional.

4. No calentar la acumulacin solar con el sistema auxiliar.

Para disear instalaciones fotovoltaicas aisladas, debe seguirse elprocedimiento recomendado por Mndez Muiz & Cuervo Garca (2007, pp.119-162):

Dimensionado de una instalacin.

Determinacin del consumo de energa de la instalacin.

Perodo de diseo y factor de irradiacin.

Clculo de prdidas por sombras.

Dimensionado del generador.

Eleccin de la capacidad del acumulador.

Eleccin de la configuracin de la instalacin.

2.4.1 Calentamiento de agua domstica

Las necesidades de agua caliente en las viviendas puede ser abastecidamediante la utilizacin de al menos dos elementos de los sistemas solarestrmicos de baja temperatura: el captador y el almacenamiento.

Las necesidades de agua domstica esta entre 40C y 60 C, lo queimplica que los colectores ms adecuados son los de placa plana. Estoscalentadores pueden trabajar no solo los das soleados, sino tambin los das

medio nublados debido a que trabajar con radiacin directa y difusa.

Existen varios tipos de calentadores de agua domstica: de autocontenido, de conveccin natural y de conveccin forzada:

De Auto contenido. Son los calentadores ms simples yeconmicos, donde el objeto es a la vez captador y almacn. Puedeser un cilindro, una caja, una botella grande o varias pequeasdispuestas de tal modo que la mayor superficie del mismo estexpuesto al sol, siendo recomendable un volumen de 200 litros.

De conveccin natural. Son calentadores donde la circulacin del

agua del almacn al captador se realiza por el principio determosifn. Es decir, el agua caliente que sale del captador sedesplaza hacia la parte superior del almacn y el agua fra de laparte inferior del almacn se desplaza hacia el captador.

De conveccin forzada. Son calentadores donde la circulacin delagua del almacn al captador se realiza mediante una pequeabomba de agua. Es decir, se utiliza energa extra para desplazar elagua entre el captador y el almacn.

De termo portador. Son calentadores donde se utiliza unintercambiador de calor que utiliza un fluido termo portador. El fluido

termo portador se desplaza por un circuito cerrado entre el captadory el almacn, el agua del almacn capta el calor de fluido termoportador.


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Hermosillo Villalobos (1995) recomiendas las dimensiones de la tabla2.6, para construir calentadores solares domesticas de conveccin natural.

Tabla 2.6: parmetros para el dimensionamiento de calentadores solares

Capacidad (litros) rea del captador (m2

) Nmero de usuarios

300 3 34

600 6 57

1000 9 810

2000 14 14 - 20

Fuente: (Hermosillo Villalobos, 1995, p.106)

En el calentamiento de agua de una piscina se puede utilizar el sistemacon conveccin forzada o de termo portador.

2.4.2 Potabilizacin de agua

La potabilizacin del agua se puede lograr de dos formas: Eliminacin microbiana, cuando el agua est ligeramente

contaminada por microbios.

Desalinizacin, cuando el agua contiene sales como las aguas demar, agua con residuos de fertilizantes o aguas termales conresiduos azufrosos.

El sistema de potabilizacin de agua para eliminacin microbiana, debelograr temperatura superior a 60 C. Esto se puede lograr con un sistema decalentamiento solar de baja temperatura, con diferencia de que el sistema debe

mantener esta temperatura por un periodo prolongado.El sistema de potabilizacin de agua para la desalinizacin, debe lograr

el punto de ebullicin del agua, es decir, 100 C. Esto se puede lograr con unsistema de calentamiento solar de baja temperatura de conveccin forzada utilizar un sistema de calentamiento solar de alta temperatura. El sistema debecontar con un evaporador, un condensador, una cmara de aire y almacn decoleccin. El aire servir para transportar el vapor de agua hacia elcondensador.

2.4.3 Secado solar

El secado de alimentos es un proceso utilizado para reducir la cantidadde agua que tiene un producto alimenticio con el fin de elevar su tiempo deconservacin. En ausencia de agua, los microorganismos no puedendesarrollarse.

Para secar un producto de manera simple es exponerlo a una corrientede aire con determinadas condiciones de humedad, temperatura y velocidad.Cuanto menor sea la humedad, mayor la temperatura y mayor la velocidad delaire, mayor ser la velocidad de secado, pero la temperatura mxima a aplicara los alimentos ser de 43 C.

Existen dos formas de realizar el secado solar: cmaras de secado,carpa solar y mixto:


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La cmara de secado solar es un sistema de solar de bajastemperaturas donde ingresa aire como fluido a ser calentado y elalmacn es una cmara donde se ubican los productos a secarse yse hace circular el aire caliente. El aire puede circular de manera

natural o forzada. Tambin conocido como secado indirecto porquela radiacin no llega al producto y el aire es calentado en el captadory hecho circular por el almacn. Se utiliza en productos sensibles ala luz.

La carpa solar est formado nicamente por el captador de unsistema solar de bajas temperaturas. Utiliza el concepto de efectoinvernadero. Es conocido como secado directo, porque el colector esadems almacn y la radiacin llega directamente al producto yadems capta la radiacin solar para elevar la temperatura del aire.Se utiliza en productos que no se alteran con la radiacin solar.

El mixtoest formado por la integracin de los anteriores, es decir,el secador es similar a la cmara de secado, con la diferencia deque la cmara o almacn tambin se comporta como captador.

2.4.4 Refrigeracin y climatizacin solar

Las aplicaciones de refrigeracin solar pueden utilizar algunas de lassiguientes tecnologas basadas en la energa solar trmica de altastemperaturas (Valdez Sals, 2006, p.94):

Enfriamiento por absorcin. La energa solar trmica es utilizadapara liberar (por vaporizacin) el refrigerante de la solucin

absorbente. Enfriamiento por adsorcin. La energa solar trmica es utilizada

para liberar (por vaporizacin) el refrigerante del adsorbente. Eladsorbente es un slido que retiene en su superficie al refrigerante.

Enfriamiento evaporativo con desecante. La energa solar trmica esutilizado para regenerar (secar) el desecante slido o lquido.

Enfriamiento por eyecto compresin. La energa solar trmica esutilizada para calentar el fluido de trabajo y evaporar el refrigereante.

Enfriamiento por compresin de vapor. La energa solar trmicaes utilizada para activar un motor de calor de ciclo Rankine.

Enfriadores evaporativos, acondicionadores de aire y bombasde calor. Son accionados mediante energa elctrica generada porlos sistemas solares fotovoltaicos.

La climatizacin consiste en elevar la temperatura de un ambiente fro.Par lo cual puede utilizarse los sistemas trmicos de bajas temperaturas dondeel captador puede ser de materiales de alta absorbancia y baja admitancia,como ladrillos o piedras pintados de negro con el fin de que absorban laradiacin solar y emitan lentamente calor durante la noche. El almacen es elambiente a calentar que debe estar aislado adecuadamente para reducir las

prdidas de calor y el fluido de transferencia es el aire que circular entre elambiente y el captador.


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2.4.5 Generacin de energa elctrica

Los sistemas solares trmicos de altas temperaturas estn dirigidos a lageneracin de electricidad mediante centrales trmicas que utilizan turbinas a

vapor o motores Stirling.La otra forma de generacin de energa elctrica mediante la radiacin

solar son las centrales elctricas con paneles fotovoltaicos. Estas instalacionesrequieren de grandes reas de tendido de paneles fotovoltaicos y de sistemasde seguimiento de la radiacin solar.

2.4.6 Separar hidrgeno del agua

Uno de los grandes objetivos de la actualidad es obtener hidrgeno delagua utilizando la energa solar. Para ello, cientficos de todas partes del

mundo vienen desarrollando investigaciones que permita utilizar temperaturascada vez menores en el proceso de electrlisis para obtener hidrgeno yoxgeno, o buscan procedimientos diferentes con esta misma finalidad.

Cientficos de la Universidad Jiao Tong de Shanghai han imitado elmaterial de las hojas de los rboles para que de manera artificial realicen lafotosntesis, es decir, la conversin de la luz, energa luminosa en energaqumica estable, hidrgeno. Las hojas de las plantas han desarrollado durantemillones de aos el sistema perfecto para coger la energa de los rayos del Solde manera eficiente. stas usan la energa para producir su alimento, procesoen el que intervienen las molculas del agua y la creacin de iones de

hidrgeno (mundo-geo).El ITC ha llevado a cabo diversos estudios para la produccin de

hidrgeno como forma de almacenamiento de la energa solar, concretamentede la produccin de hidrgeno a travs de distintos procesos como laelectrlisis, el reformado o la termlisis. Ha centrado su actividad en laelectrlisis, proceso por el cual el agua se separa en hidrgeno y oxgeno atravs de la aplicacin de la energa elctrica. Ha desarrollado un modelomatemtico til para estudiar balances energticos, estudios de estabilidad delsistema y anlisis para determinar los requerimientos de potencia de loselementos de generacin solar trmica que se pretenden integrar en el sistema

de produccin de hidrgeno.

2.5 Conclusiones

Para captar la mayor cantidad de radiacin solar es necesario que elcaptador est siempre perpendicular a la direccin del sol. En caso de utilizar elplano aparente de la trayectoria solar, el ngulo del plano respecto a lahorizontal ser igual al ngulo de elevacin al medioda solar.

Algunas tecnologas funcionarn solo con la radiacin directa y otrasutilizarn ambas y con el fin de mejorar su eficiencia se puede instalar

reflectores que incrementen el rea de captacin. Las tecnologas que utilizan


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el calor se denominan sistemas solares trmicos y los que utilizan la luz son lossistemas solares fotovoltaicos.

La energa solar trmica de bajas temperaturas capta la radiacin solar en

una superficie de cuerpo negro aislado, utiliza la radiacin directa y difusa, selogra elevar la temperatura del fluido de 70 C a 100C, y puede utilizarse paracalentar agua, potabilizar agua, secado solar, climatizacin solar, y muchasaplicaciones ms.

La energa solar trmica de altas temperaturas concentra la radiacinsolar por reflexin en una superficie pequea de cuerpo negro aislado,generalmente utiliza la radiacin directa, se logra obtener temperaturas de 100C a 3500 C, dependiendo de la calidad del concentrador, y generalmente esutilizado para refrigerar o generar electricidad o energa mecnica.

La energa solar fotovoltaica transforma la luz de la radiacin solardirectamente a energa elctrica mediante materiales semiconductores desilicio. La utilizacin de la energa elctrica de corriente continua o alternaproducida es bastante amplia.

Entonces, las tecnologas solares que utilizan el calor, pueden ser debajas temperaturas o altas temperaturas, las de bajas temperaturas son laseconmicas y tienen mltiples aplicaciones directas, las de altas temperaturasrequieren de instalaciones ms costosas y su aplicacin ms general es lageneracin de energa elctrica en centrales trmicas solares. Y lastecnologas que utilizan la luz del sol son las fotovoltaicas que convierten

directamente la luz en energa elctrica.


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3 Energa elica

3.1 Introduccin

La energa elica, es aquella que proviene del viento, es una energalimpia e inagotable, a pesar de ser una tecnologa madura, en el Per no setiene gran experiencia en el utilizacin de este sistema de generacin deenerga.


Con el fin de facilitar su utilizacin, es necesario conocer las caractersticasdel recurso elico, de acuerdo a ello innovar las tecnologas, adaptndolas alas necesidades del pas para aplicarlas con facilidad.


La investigacin nos proporciona informacin acerca de lascaractersticas del viento, de sus propiedades o categoras que permite innovardiferentes tecnologas cuya funcin fundamental es proporcionar energalimpia.

El problema de su dificultad de utilizacin depender de la identificacinde la causa raz de la dificultad, y modificarla con la finalidad de que se puedacontar con energa limpia para alimentar a cualquier proceso, en cualquier lugary en todo momento. Un parque elico debe ubicarse en el lugar donde est elrecurso elico y generan energa cuando hay tiempo suficiente y no se puederegular su eficiencia en funcin a las necesidades, no se puede manipular

como una central convencional.

Energa ElicaEner a lim ia


Polticas

I+D+i

Energa limpia

Polticas

Tecnologa

Recurso

Aplicacin

Evaluar

Uso difcil

Innovar

Investigar

Fcil uso


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3.2 Energa del viento

El viento es generado por las diferencias de presin creadas por elcalentamiento desigual de la superficie terrestre por radiacin solar, por el

movimiento de traslacin y rotacin de la tierra y la gravedad, que obligan alaire a moverse desde las altas hacia las bajas presiones.

Una vez el movimiento se ha iniciado, aparecen otras fuerzas quecondicionan la circulacin atmosfrica a escala planetaria. La primera de ellases la fuerza de Coriolis, que aparece por el hecho de encontrarnos en unsistema manifiestamente no inercial como es la Tierra en rotacin sobre sueje. (MINEM, 2008, p.8)

Figura 3.3: Velocidad media anual de viento a 50 m de altura

En el Per, se han identificado los lugares ms apropiados implementarlas centrales elo-elctricas. Segn el MINEM (2008) uno de estos lugares se

ubica en el norte del Pas, a lo largo de la costa de las regiones Piura,Lambayeque, La Libertad, Ancash, Lima, Ica y Arequipa. La regin que cuentacon un mejor potencial principalmente de vientos altos es Ica, cuya lneacostera supera los 8 m/s de viento promedio anual.

En las regiones ubicadas en la sierra del pas, el potencial elico es bajo,variando desde 2 m/s hasta 5 m/s, notndose las mayores velocidades deviento en lugares inaccesibles de la Cordillera de los Andes debido a sugeomorfologa. Las regiones ubicadas en la selva presentan los promedios deviento ms bajos del pas.

El potencial elico del Per se ha determinado en algo ms de 77000MW, y luego del filtrado con condicionantes que se indican luego, se ha


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determinado un potencial aprovechable de 22000 MW, distribuido por regionescomo se indica en la tabla 3.1:

Altitud igual o superior a 3000 m.s.n.m.

Pendiente igual o superior al 20%.

Pertenecer a un centro poblado o al casco urbano de una ciudad.

Estar ubicado en una zona protegida, arqueolgica o deamortiguamiento.

Existir en ese lugar ros, quebradas o lagos.

Tabla 3.1: Potencial elico del Per

Regin Potencia total (MW) Potencia aprovechable (MW)Amazonas 1380 6

Ancash 8526 138Apurmac 0 0

Arequipa 1992 1158Ayacucho 114 0Cajamarca 18360 3450

Callao 0 0Cuzco 0 0

Huancavelica 0 0Hunuco 54 0

Ica 18360 9144Junn 48 0

La Libertad 4596 282Lambayeque 2880 564

Lima 1434 156

Loreto 0 0Madre de Dios 0 0

Moquegua 0 0Pasco 144 0Piura 17628 7554Puno 162 0

San Martn 504 0Tacna 942 0

Tumbes 0 0Ucayali 0 0

TOTAL PER 77 394 22 452

Fuente: (MINEM, 2008, p.16)

Con el fin de utilizar el potencial elico con se cuenta en la costa peruana,el Ministerio de Energa y Minas, ha convocado a una subasta de proyectosque permitan generar energa elctrica utilizando este recurso. Los proyectoselicos que fueron seleccionados en la subasta del ao 2010, estn ubicadosen la costa peruana y sus datos aparecen en la tabla 3.2.

Tabla 3.2: parmetros para el dimensionamiento de calentadores solares

Proyecto Potencia (MW) Energa (GWh)Marcona 32 148.4

Talara 30 119.7

Cupisnique 80 303.0Fuente: Primera subasta de proyectos de generacin RER. Ministerio de Energa y Minas


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3.3 Tecnologa elica

La tecnologa elica es el equipamiento que transforma la energa cinticadel viento en energa mecnica o elctrica. La potencia que se puede producir

depende de la fuerza del viento y de la velocidad que este tiene.

Potencia (traslacin) = fuerza x velocidad (P=F x V) o

Potencia (rotacin) = par x velocidad angular (P=T x )

La frmula siguiente permite obtener la potencia del viento, eta potenciaes proporcional al cubo de la velocidad del viento. Por este motivo esimportante evaluar correctamente la velocidad del viento en un determinadolugar.

Pviento= [Cp 1/2 V2

A] VDonde:

Cp eficiencia (Betz max. = 16/27)

1/2 V2presin dinmica para 1 m2

densidad del aire (~1.22 kg/m3)

V velocidad del viento

A rea total del rotor

El coeficiente Cp define la eficiencia del aerogenerador, el teorema deBetz, indica que el lmite superior es 59%. Actualmente las eficiencias de lasturbinas elicas estn entre el 43% y el 47%.

El sistema elico capta la fuerza de viento en los labes del rotor, cuyavelocidad rotacional se eleva para luego transformarse en energa elctricamediante un generador. En la tabla 3.1, se indican las funciones que realizancada uno de los elementos de un sistema elico.

Tabla 3.3: Funciones de elementos del sistema elico

Elemento FuncinRotor Transforma la fuerza del viento en energa mecnica mediante palas aerodinmicas cuyo

eje de giro tiene una inclinacin de 5.

Multiplicador Multiplica la velocidad de rotacin mediante una caja de engranajes.

Generador Transforma la energa mecnica en energa elctrica.

Soporte Soporta los elementos del sistema elico y protege de vientos y partculas en suspensin

Veleta Orienta el sistema en direccin del viento.

Convertidor Regular la energa elctrica

Torre Soporta el sistema a una altura determinada.


El rotor es el elemento principal del sistema elico que transforma lavelocidad del viento en torque y velocidad angular. Est compuesto por los


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labes, el buje y el eje de baja velocidad. Su eje de giro tiene 5 de inclinacinrespeto a la horizontal.

Los rotores de un solo labe alcanzan altas velocidades pero generan

fallas en el sistema debido a la vibracin, los de dos labes.El soportees un armazn que sujeta los elementos claves del sistema

elico y est apoyado sobre la torre con un punto de giro. El soporte tiene unacubierta, generalmente de fibra de vidrio que protege a los elementos que seubican dentro de l de vientos y partculas en suspensin y adems aslan elsonido que se produce dentro de ella.

Figura 3.4: Sistema solar trmico de altas temperaturas

El multiplicadorde velocidad es una caja de engranajes que eleva lavelocidad de rotacin del rotor para alimentar el generador. En la actualidadexisten sistemas elicos sin multiplicador cuya finalidad es reducir las prdidaspor fricciones internas y utilizan un generador de baja velocidad.

El generador es una mquina elctrica que transforma la energamecnica en energa elctrica. Pueden ser sncronos, asncronos o de jaula deardilla.

La veletaes un aparato que comprueba la direccin del viento. Los datosenviados por la veleta al controlador permiten girar el aerogenerador en contra

del viento.El convertidores una mquina elctrica que sirve para regular la tensin

de la energa elctrica generada por la turbina elica debido a la variacin de lafuerza del viento.

La instalacin de aerogeneradores en los parques solares deben tener lassiguientes caractersticas (Villarubia, 2004, pp.19-21):

Las capacidades nominales estn entre 500 kW y 850 Kw condimetros de 40 m y 55 m, y se provee introducir generadores de 1MW a 3MW con dimetros de 60 m a 90 m.

La instalacin de parques elicos tiene como finalidad aprovechaslas economas de escala. Un parque elico tiene de 10 a 100

Viento

Energa elctrica

Rotor Multiplicador Generador

Soporte

Convertidor


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aerogeneradores y una potencia nominal instalada de 5 MW a 50MW.

La ms utilizada es la turbina elica de eje horizontal de rotor tripala,con sistema de control pasivo o activo y velocidad de rotacin

constante. Algunos son de velocidad variable y muy pocos de dospalas.

La velocidad de viento tiende a aumentar con la altura, por lo que lastorres deben ser cada vez ms elevadas. La potencia elicadisponible es proporcional al cubo de la velocidad del viento. Losgeneradores alcanzan su potencia nominal entre 12 m/s y 15 m/s,pero arrancan con velocidades de viento de 4 m/s a 5 m/s.

El factor de carga de aerogeneradores europeos se sita entre 20%y 30% como promedio, pudiendo alcanzar en algunos lugares de40% a 50%. El factor de carga es la relacin entre la energa

elctrica producida durante un ao y la que producira trabajando apotencia nominal en ese mismo tiempo.

El tiempo de vida til de los aerogeneradores terrestres es deaproximadamente 20 aos, pero los aerogeneradores marinostienen mayor vida til debido a los vientos regulares.

La tecnologa de construccin de aerogeneradores ha avanzado, sedesarrollan aerogeneradores con menor peso, con mayor resistenciapara lugares con vientos ms intensos, aerogeneradores mssensibles para lugares con menor potencial elico, y sistemas deproteccin contra descargas elctrica.

Los problemas en el campo de la tecnologa elica que requieren deinvestigacin actualmente son los siguientes:

Reducir la masa de las palas.

Mejorar el rendimiento de los aerogeneradores.

Elevar los niveles de resistencia de los materiales de la palas.

Elevar los niveles de seguridad en el funcionamiento de losaerogeneradores.

Reducir los costos de mantenimiento.

Reducir los niveles de ruido. Disminuir las perturbaciones sobre las redes elctricas.

Formular estndares para la certificacin de calidad deaerogeneradores.

Las turninas elicas pueden clasificarse en (Villarrubia, 2004, p.13-15):

Micro turbinas (menores de 3 kW). Son generalmente usadas ensistemas aislados, la energa producida se almacena en bateras,utiliza un generador elctrico de imanes permanentes y esaccionada directamente por el rotor (sin multiplicador).

Pequeos aerogeneradores (menores de 50 kW). Son tambinutilizados en sistemas aislados, algunos de baja potencia no cuentan


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con multiplicador, las de mayores potencias utilizan multiplicador ytrabajan a velocidades constantes.

Grandes aerogeneradores (menores de 850 kW). Son utilizadospara producir electricidad para alimentar el sistema interconectado.

Utilizan un rotor tripala, multiplicador de velocidad y eje horizontal.Los labes tiene dimetros entre 25 m y 55 m, el rotor gira a unavelocidad constante de 15 rpm y 50 rpm, la velocidad de la punta dellabe no supera los 70 m/s con la finalidad de reducir la emisin deruido y la fuerza centrfuga.

Aerogeneradores multimegavat (de 1 a 3 MW). Son utilizados paraproducir electricidad en gran escala, utilizan labes de 50 m a 90 m,con altura entre 60 m y 100 m.

3.4 Aplicaciones de la energa elica

El tipo de aplicacin depende de las necesidades energticas del usuario,el potencial elico y la disponibilidad de terreno. Aerogeneradores paraproduccin de energa elctrica mayor de 1 MW, para apoyar necesidadesenergticas de consumidores particulares, para operar bombas de agua oequipos de desalacin y para suministrar energa a viviendas aisladas(Talayero Navales & Telmo Martn, 2008, p.14).

Existen varios tipos de aplicaciones de la energa elica

Instalaciones con grandes aerogeneradores para producir energaelctrica con potencias superiores a 1 MW y para suministrar

energa a la red de distribucin. Instalaciones elicas para producir energa elctrica, mecnica o

hidrulica con potencias adecuadas para apoyar las necesidadesenergticas de los consumidores particulares.

Instalaciones elicas para suministrar energa mecnica a equiposde desalacin o bombas de elevacin de agua.

Instalaciones elicas pequeas para suministrar energa elctrica,mecnica o hidrulica a viviendas o industrias aisladas, que puedenser complementadas con energa solar.

La instalacin de un Parque Elico, segn Talayero Navales y TelmoMartn (2008, p.21), debe estar precedida de un estudio de impacto ambiental.Un parque elico de 10 MW evita la produccin de 28480 toneladas anuales deCO2, sustituye a 2447 toneladas equivalentes de petrleo, da trabajo a 130personas durante el diseo y construccin, genera energa elctrica para 11000familias.

3.5 Conclusiones

El recurso elico es una energa limpia e inagotable generada por el sol alcalentar el aire y la superficie terrestre. En potencial elico aprovechable del

Per es 22452 MW.


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La tecnologa elica transforma la velocidad del viento en potencia, elfactor de carga vara entre 20% y 50%, dependiendo del recurso. Se clasificanen micro y pequeos aerogeneradores (menores de 50 kW) que se usan ensistemas aislados, grandes aerogeneradores (menores de 850 kW) para

sistemas interconectados y aerogeneradores multimegavat (entre 1 MW y 3MW) para produccin en gran escala.

La energa elica, es una energa limpia e inagotable, que transformahasta un 50% de la energa del viento mediante sistemas aislados, sistemas enred y sistemas multimegavat.


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4 Energa hidrulica

4.1 Introduccin

La energa hidrulica es aquella que proviene del agua en forma deenerga potencial, cuando est almacenada, y en forma de energa cintica,cuando est en movimiento. Es una energa que, en el Per, se cuenta con ungran potencial para la generacin de energa elctrica, y es considerado comoenerga renovable hasta una potencia de 20 MW.


El estado debe formulas las polticas necesarias que permita unaprovechamiento de la energa hidrulica como energa limpia, incentivando eldesarrollo de micro centrales hidrulicas que utilice materiales locales ytecnologa adaptada a las condiciones ambientales del lugar de instalacin.


La energa hidrulica es renovable, porque su potencial es inagotable alprovenir de la energa solar que evapora el agua de los mares y ros, lostransporta en forma de nubes para descargarlos en lugares elevados queretoman el camino hacia el mar.

El agua puede ser utilizada para el riego, el abastecimiento de unapoblacin o para la produccin de energa elctrica. La produccin de energaelctrica mediante la hidrulica convencional permite generar mayor cantidadde kilovatios; pero genera desequilibrio ambiental.

Energa HidrulicaEner a lim ia


Polticas

I+D+i

Energa limpia

Polticas

Tecnologa

Recurso

Aplicacin

Evaluar

Uso difcilInnovar

Investigar

Fcil uso


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4.2 Recursos hidrulicos

El recurso hidrulico est conformado por las masas de agua que sedesplazan de una cota superior a una cota inferior con un determinado caudal,

cuya energa potencial se puede transformar en energa cintica. La energapotencial est definido por la masa de agua ubicado a una determinada altura yque al desplazarse va a ser influido por la gravedad (Ep = mgh). La energacintica est definida por la masa de agua en movimiento y el cuadrado de suvelocidad (Ec = mV2).

El Potencial Hidroelctrico Terico es una medida de los recursoshdricos disponibles en un sistema fluvial para produccin de energa. Ladefinicin de este potencial, considera que la totalidad de agua que escurre enun curso (corriente) es capaz de generar electricidad en funcin del desniveldel mismo, con un 100 % de eficiencia. (MINEM, marzo de 2011)

El potencial hidroelctrico terico de cada vertiente en el Per se indicaen la tabla 4.1.

Tabla 4.1: Potencial Hidroelctrico Terico del Per

Vertiente Total (MW) Excluido (MW) Aprovechable (MW)Pacfico 37 451 7 949 29 502

Atlntico 197 221 57 900 139 321

Titicaca 1 191 5 1 186

TOTAL 235 863 65 854 170 009

Fuente: MINEM, marzo de 2011, p.19

El Ministerio de Energa y Minas ha definido el Potencial HidroelctricoTcnico, como el potencial del recurso que se podra llegar a utilizar paraimplementar un proyecto de aprovechamiento hidroenergtico del Per. Elpotencial hidroelctrico terico representara el lmite superior del PotencialHidroelctrico Tcnico.

El Potencial Hidroelctrico Tcnico de cada vertiente se encuentra en latabla 4.2.

Tabla 4.2: Potencial Hidroelctrico Tcnico del Per

Vertiente Total (MW) Excluido (MW) Aprovechable (MW)

Pacfico 11 402 2 671 8 731Atlntico 86 971 26 345 60 627

Titicaca 87 0 87

TOTAL 98 460 29 016 69 445

Fuente: MINEM, marzo de 2011, p.23

El MINEM (2001, p.24) a realizado la seleccin de los 100 mejoresproyecto hidroelctricos, considerando los criterios econmicos ysocioambientales. Entre los criterios econmicos se utilizo el costo-beneficio,entre los criterios socioambienteales se utiliz la longitud de ro por laafectacin a la flora y fauna del lugar y el caudal del diseo en relacin al

caudal de la cuenca que afecta ambientalmente al mantenimiento del habitat.


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El MINEM (2011) ha establecido como condicionates para proponerproyectos en una primera etapa de subasta de energas renovables, que losproyectos hidroelctricos deben ser menores a 1 MW de potencia y consideraun costo menor a 75 US$/MWh.

Tabla 4.3: Ubicacin de los 100 mejores proyectos hidroelctricos del Per

Regin Cantidad de proyectos Potencial tcnico (MW)Amazonas 1 135.4481

Ancash 2 28.0224Apurmac 2 4.2248Arequipa 12 281.0349Ayacucho 6 47.7576Cajamarca 3 143.8108

Cuzco 38 625.1396Huancavelica 2 21.4075

Hunuco 2 105.1170

Junn 4 21.3608La Libertad 3 92.8328

Lima 2 20.5914Pasco 2 55.7871Puno 20 529.4634

Ucayali 1 33.4420TOTAL PER 100 2 145.4402

Fuente: (MINEM, marzo de 2011, p.24)

Entonces, el recurso hidrulico se genera a partir del calentamiento delagua de mares y ros por el sol, y la conduccin a las partes altas en forma denubes para luego depositarlas en forma de lluvia o nieve, esta energapotencial es convertida en energa cintica y luego en mecnica y elctrica conla tecnologa apropiada.

4.3 Tecnologas hidrulicas

Las tecnologas para la transformacin de energa hidrulica en energamecnica, es conocida como turbo mquinas hidrulicas y pueden clasificarsepor su cambio de presin en el rodete y de acuerdo al diseo del mismo.

Figura 4.3: Accin (izquierda) Reaccin (derecha)

Segn el cambio de presin en el rodete pueden ser de accin o reaccin:

Movimiento Movimiento


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Las turbinas de accin, aprovechan nicamente la velocidad quetiene el flujo de agua y este no sufre ningn cambio de presin alpasar por el rodete.

Las turbinas de reaccin, aprovecha la velocidad del flujo de aguay la prdida de presin que se produce en el interior del rodete.

Segn el diseo del rodete, las ms importantes son Kaplan, Pelton,Francis y Banki:

La turbina Kaplan, es una turbina de reaccin que est diseadapara trabajar con pequeas cadas y grandes caudales. Son turbinasde flujo axial que varan el ngulo de sus labes durante sufuncionamiento. Cuando los labes son fijos generalmente sedenomina turbina de hlice.

Figura 4.4: Turbina Kaplan

La turbina Pelton, es una turbina de accin que est diseada paratrabajar con grandes cadas y pequeos caudales. Son turbinas deflujo transversal y de admisin parcial, y en lugar de labes tienencucharas.

Figura 4.5: Turbina Pelton


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La turbina Francis, es una turbina de reaccin que est diseadapara cadas de agua medios y caudales medios. Son turbinas deflujo mixto de diseo complejos que varan el ngulo de labedurante su funcionamiento.

Figura 4.6: Turbina Francis

La turbina Michell Banki es una turbina de libre desviacin, que estdiseada para velocidades bajas y de fcil construccin. En estaturbina el flujo de agua ingresa de forma radial y parcial por unaseccin rectangular, y ste circula por las paletas del rodete primerodesde fuera hacia dentro y, luego desde dentro hacia fuera.

Figura 4.7: Turbina Banki

En conclusin, las tecnologas hidrulicas se clasifican de acuerdo a alcambio de presin en el rodete y de acuerdo al diseo del mismo. Las turbinasde accin se mueven en la misma direccin del flujo de agua, estos respondenal diseo tipo Pelton. Las turbinas de reaccin se mueven en sentido contrarioa la reaccin del flujo de agua, el diseo del rodete es de tipo Kaplan, Francis yBanki.

4.4 Aplicacin de la energa hidrulica

Las turbinas hidrulicas transforman la energa cintica del agua en

energa mecnica, esta energa mecnica es utilizada directamente otransformada en energa elctrica mediante un generador.


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El movimiento del agua ha sido aprovechado por el hombre desdepocas remotas, sobre todo como una fuerza que permita poner encirculacin mecanismos y mquinas que disminuan el trabajo y elesfuerzo, que de otra manera deberan haber realizado las personas.

Quizs el primer mecanismo que utiliz la energa del agua fue la ruedahidrulica, tambin llamada noria. Ya los griegos y romanos manejabanla rueda hidrulica para elevar el agua. Sin embargo, el mximodesarrollo de esta tecnologa lleg a Europa con la mecanizacin eindustrializacin de los procesos productivos. As, los molinos de granospara la fabricacin de harinas utilizaban la rueda para mover importantesy pesadas piedras torneadas, como tambin los aserraderos y pequeasindustrias eran instalados a la vera de los ros de cada una de laslocalidades. (INTA, 2009, p.107)

La energa hidrulica se aplica generalmente en la generacin de energa

elctrica mediante la conversin de la energa mecnica en elctrica con ungenerador. Tambin, la energa mecnica es utilizada directamente para elevaragua, con una rueda hidrulica, o para mover mquinas.

4.5 Conclusiones

El recurso hidrulico es generado a partir del calentamiento del agua demares y ros por el sol, y conducido a la cordillera en forma de nubes paraluego depositarlas en forma de lluvia o nieve, esta energa potencial esconvertida en energa cintica y luego en mecnica y elctrica con lastecnologas hidrulicas.

Las tecnologas hidrulicas se clasifican de acuerdo al cambio de presinen el rodete y de acuerdo al diseo del mismo. Las turbinas de accin semueven en la misma direccin del flujo de agua, estos responden al diseo tipoPelton. Las turbinas de reaccin se mueven en sentido contrario a la reaccindel flujo de agua, el diseo del rodete es de tipo Kaplan, Francis y Banki.

La energa hidrulica se aplica generalmente en la generacin de energaelctrica mediante la conversin de la energa mecnica en elctrica con ungenerador. Tambin, la energa mecnica es utilizada directamente para elevaragua, con una rueda hidrulica, o para mover mquinas.

En conclusin, el potencial hidroelctrico aprovechable del Per es de170009 MW, potencial considerado como energa renovable para potenciasmenores a 20 MW, ubicado preferentemente en la sierra y costa peruana. Latecnologa que permitira aprovechar este potencial son los micros centraleshidroelctricos que utilicen turbinas Pelton y Banki. La energa producidaservira para alimentar el sistema interconectado o dotar de energa elctrica deaquellos centros poblados aislados.


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5 Energa de la biomasa

5.1 Introduccin

La energa de la biomasa, es aquella que proviene de cultivos energticoso de diferentes tipos de residuos (animales, agrcolas, forestales, industriales yurbanos), cuya utilizacin es muy antigua y es la que ms ha contribuido a lasolucin de problemas energticos. La biomasa puede transformarse encombustible lquido o gaseoso o utilizarse directamente como combustible paragenerar calor o electricidad.


La produccin de energa limpia a partir del recurso energtico de labiomasa requiere del mayor conocimiento de los diferentes recursos, quepermita la innovacin de las tecnologas existentes para realizar aplicacionesque no daen el medio ambiente.


El potencial de los recursos de la biomasa ser producto de un mayorconocimiento de sus caractersticas, propiedades energticas y efectos hacia elmedio ambiente. Este conocimiento facilitar la innovacin de la tecnologaexistente con el fin de mejorar su eficiencia y reducir las emisiones de CO2alambiente. La biomasa utilizada para la generacin de energa elctrica ennuestro pas son los residuos de la caa de azcar que se produce en losingenios azucareros. En Amrica Latina, aproximadamente el 50% de laproduccin de electricidad por energas renovables proviene de la biomasa, y

de stas el mayor porcentaje se generan Brasil.

Energa de la biomasa

Ener a lim ia

Problemas de

utilizacin

Polticas

I+D+i

Energa limpia

Polticas

Tecnologa

Recurso

Aplicacin

Evaluar

Uso difcil

Innovar

Investigar

Fcil uso


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5.2 Energa de la Biomasa

La energa de la biomasa, inicialmente es de origen vegetal, captado porlas hojas de las plantas mediante el proceso de la fotosntesis, en los cultivos

energticos o en los residuos agrcolas o forestales, luego es transformada porlos animales denominado residuos animales, por la industria denominadoresiduos industriales y por las personas denominado residuos urbanos.

Figura 5.3: Energa de la biomasa

La biomasa debe su formacin a la fotosntesis y por lo tanto ha fijado elCO2 atmosfrico obteniendo la energa necesaria del sol, por tanto, es unaenerga renovable que no aporta CO2 antropogentico a la atmsfera con suoxidacin.(Elas Castells, 2005, p.1038)

Los combustibles fabricados mediante procesos mecnicos de trituracino compactacin tienen menor PCI que los combustibles que han seguidoprocesos bioqumicos.

Tabla 5.1: Poder calorfico inferior (PCI) de los biocombustiblesBiocombustible PCI (kcal/kg materia seca)

Leas y astillas 4.5005.300

Pelets y briquetas de madera 4.5005.300

Carbn vegetal y briquetas de carbn vegetal 7.2007.800

Lquido piroleoso 8.0008.500

Lquido de hidrlisis 8.0008.500

Bioetanol 9.70010.500

Bioaceite 9.70010.500

Metilster 9.70010.500

Biogs Variable

Fuente: (Elas Castells, 2005, p.1042)

Cultivos

energeticosResiduos

ganaderosResiduos

agricolas,

forestales

Residuos

urbanos


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5.2.1 Cultivos bioenergticos

Los cultivos energticos son productos agrcolas destinados a laproduccin de energa que sustituyan a los carburantes convencionales o

produzcan directamente energa trmica o elctrica. Las condiciones mnimaspara los cultivos energticos son la disponibilidad de tierras de cultivo aptas yque la produccin sea rentable para el agricultor.

Las caractersticas de los cultivos energticos, segn Fernndez (1996),citado por Sebastin Nogus (2010, p.98-99), son:

Ser viable econmicamente respecto a los combustibles fsiles, esdecir, altos niveles de productividad y bajos costos de produccin.

Producir en tierras diferentes a las destinadas a la produccin dealimentos.

El cultivo debe ser adecuado para utilizar como combustible slido ocomo biocarburante.

El cultivo debe tener balance energtico positivo, es decir, la energacontenida en el biocombustible debe ser mayor a la gastada paraproducirlo.

El cultivo debe mejorar la situacin anterior del suelo y permite sufcil recuperacin.

Debe poder utilizarse maquinaria agrcola de uso norma en el lugar.

Los cultivos energticos se clasifican en tres tipos (Sebastin Nogus,

2010, p.100-101): oleaginosos, alcoholgenos y lignocelulsicos. Los cultivos oleaginosos producen aceites para transforma en

biodiesel.

Los cultivos alcoholgenos producen bioetanol a partir de lafermentacin del vegetal.

Los cultivos lignocelulsicos producen bioetanol mediante enzimas obiohidrocarburos mediante la termo conversin, tambin puedeutilizarse como combustible slido para generar energa trmica oelctrica.

Las especies vegetales que sirven como cutlivo energtico se hallan enla tabla 5.2.

Los cultivos bioenergticos deben cumplir con los siguientes requisitos(Elas Castells, 2005, p.1040):

Los cultivos deben ser de alta productividad, es decir, debenproducir el mximo de biomasa por unidad de superficie y por unidade tiempo.

Los cultivos deben almacenar gran cantidad de energa, es decir,deben tener un alto PCI (Poder calorfico inferior).

Los cultivos deben tener mayor capacidad de reproduccin, es decir,reproducirse por rebrote.


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Los cultivos deben tener resistencia y adaptabilidad a terrenos depoca calidad agrcola.

Tabla 5.2: Especies utilizadas con fines energticos

Nombre latino Nombre comn Nombre latino Nombre comnBrassica spp. Colza Helianthus tuberosus PatacaEucalyptus spp. Eucalipto Camelia sativa Camelia

Helianthus annus Girasol Robinia pseudoacacia Robinia

Salix spp. Sauce Bunias orientalis Bunier

Truicum aestivum Trigo Reynouria japnica sacch. Garbanzn

Secale cerele Centeno Agrostemma guhago Neguilla comn

Triticosecale Triticale Spartium junccum Retama

Hordeum vulgaris Cebada Solanum tuberosum Patata

Beta vulgaris Remolacha Spartina spp. Esparto

Phalaris arundinacea Alpiste arundinceo Panicum virgatum Panicum

Polpulus spp. Chopo Acacia spp. Acacia

Cannabis sativa Camo Onopordum nervosum CardoMiscanthus spp. Miscanthus Nicotiena glatica Tabaco lampio

Hibiscus cannabis Kenaf Opuntgia ficus-indica Chumbera

Cynara cardunculus Cardo Sinapis alba Mostaza

Sorghum bicolor Sorgo dulce Linum usitatissimum Lino

Alnus spp. Aliso Zea mays Maz

Arundo donax Caa gigante Phagmites australis carrizo

Fuente: (Sebastin Nogus, 2010, p.100)

5.2.2 Residuos ganaderos

Como residuos ganaderos son considerados las excreciones de

ganados vacuno, porcino, ovino, caprino y aves.Tabla 5.3: Especies utilizadas con fines energticos

Ganado Residuos por daKg/cabeza

Vacuno o Bovino 36.5

Porcino 4.6

Ovino 2.5

Caprino 2.5

Aves 0.1

Fuente: (Elas Castells, 2005, p.130)

Los residuos ganaderos tienen caractersticas comunes, segn ElasCastells (2005) estas son:

Tienen elevada cantidad de agua (dificulta la valorizacinenergtica)

Son materiales fermentables que desprenden vapores, gases yCompuestos Orgnicos Voltiles (COV).

Por el sistema de digestin de cada ganado, vara la cantidad dematerial slido.

Genera aguas con elevada Demanda Bioqumica de Oxgeno

(DBO), que debe ser vertidas previo tratamiento.


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Tiene elevado contenido de nitrgeno (N) y fsforo (P), yprobablemente metales pesados como el cobre (Cu) y el zinc (Zn).

Entre los residuos ganaderos se puede considerar a los residuos

crnicos, aproximadamente la cantidad destinada a la generacin energticasera del 18% constituido por grasas y alimento no digerido. Segn ElasCastells (2005, p.127) la composicin del ganado es de un 62% de carne, 18%de grasas y alimentos no digeridos, 10% de pieles y pelo, y 10% de huevos yvsceras.

5.2.3 Residuos agrcolas y forestales

Los residuos agrcolas y forestales, son aquellos que se generan a partirde cultivos de rboles, plantas alimenticias o industriales, restos de cultivos ode limpieza del campo.

Los residuos agrcolas constituyen partes de los cultivos industriales yalimenticios que no son consumibles o comercializables, se caracterizan por suestacionalidad y por la necesidad de retirarlos del campo en el menor tiempoposible. Pueden considerarse las hojas, las races, tallos y frutos noaprovechables segn el tipo de cultivo. Se incluyen aqu los residuosagroindustriales y agroalimentarias.

Los residuos forestales, proceden del mantenimiento de los bosques ymasas forestales (podas, limpiezas, etc.), de los residuos madereros (copas,ramas, etc.). Se incluyen los residuos generados por las industrias forestales

fabricantes de productos elaborados de madera, de corcho y de pasta depapel.

Tabla 5.4: Generacin de biomasa en actividades forestales y agrcolas

Recurso Proceso generador Residuos Destino

Residuosforestales

Tratamientos silvcolas(entresacas, clareos, podas)

Pies no maderables, ramas,matorrales, etc.

Combustibles

Cortas de pies maderables Copas, ramas, rabern, etc.Combustibles, industrias de la

madera

Podas de cultivos leososRestos de podas, ramas,

ramonesAlimentacin animal,

combustibles, fertilizantes

Residuosagrcolas

Cultivos industriales ((algodn,

tabaco, oleaginosas, etc.)Plantas verde, tallos, etc.

Alimentacin animal,

combustibles, fertilizantes

Cereales de invierno (trigo,cebada, etc.)

PajasAlimentacin animal,

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