energías renovables

PROFESOR: MANUEL ALEJANDRO MORE MORE Msc
PIURA-PERÚ 2008
OBJETIVOS GENERALES :
Enseñar al alumno la existencia de fuentes de energias renovables a pequeña escala como alternativas energéticas a los sectores rurales del país.
Concienciar al alumno en la aplicación de los recursos energéticos renovables de la región
Mostrar al alumno el uso de fuentes alternas de energía como alternativas a la preservación y conservación del medio ambiente.

OBJETIVOS ESPECÍFICOS
RECURSO SOLAR . El alumno debe tener una visión clara de la energía solar como fuente de todas las energías
Debe conocer los conceptos previos de las transferencia de calor
El alumno debe saber aplicar los principios de transferencia de calor a la tecnología solar
El alumno debe saber manejar los angulos solares
para poderlos aplicar en las evaluaciones del recurso
El alumno debe saber evaluar las diferentes aplicaciones del recurso solar a la tecnología a usar

Nociones Preliminares

VISIÓN HISTÓRICA DEL DESARROLLO DE CADA RECURSO
•Inicialmente la humanidad usaba leña como combustible para cubrir las necesidades energéticas de los hogares domésticos. Después llegaron los molino de viento o de agua y luego el transporte a navegación a vela, pero siglos despues se inventaron los motores de combustión y eléctricos, que resolvían el problema energético sin depender de los caprichos de la naturaleza. •Se usó el carbón de madera o biomasa, cuya energía servían

Conceptos Previos:
•Conducción — transferencia de calor por difusión o vibración de los electrones.
•Convección — transferencia de calor por conducción en un medio en movimiento, como un fluido.
•Radiación — transferencia de calor por radiación electromagnética o, equivalentemente, por fotones. .

Curso Energías Renovables - Ing. Manuel Alejandro More More - Maestria de PROMAINA
Transferencia de calor por convección
O

T
X
Perfil de temperatura
La transferencia se calor se transmite de la zona de mayor temperatura a la de menor temperatura
Q =k σT/σx
CONDUCCIÓN :

•ENERGÍA SOLAR •Potencial La radiación solar es en la mayor parte del territorio nacional muy constante durante el año:
•Promedios mensuales no varían más que ± 20 %
•Costa- selva : 4 – 5 kWh/m2 día
•Sierra: 5 – 6 kWh/m2 día
•Esto lo diferencia de otras latitudes La eólica, que varía fuertemente de un lugar a otro y, en la
mayoría de lugares, de un mes a otro
Energía renovables en el entorno rural del Perú

SOLAR EÓLICA HIDROe BIOMASA
Instituciones: Miramar, vichayal, Itintec-UNP, Cipca Cooperación Técnica Italiana(Yacila), otras particulares.
Artesanal Semi industrial Industrial

Características Físicas del sol Temperatura en el núcleo del sol : 15 millones de ºC
Densidad 10 veces mayor que el mercurio
Su fuente de energía se debe a procesos termonucleares: Transformación del hidrogeno en helio.
Los procesos producen grandes choque entre las partículas, lo que da origen a vibraciones electromagnéticas.
Velocidad de propagación de la onda 300 mil kilómetros / segundo.
50 % de la masa solar es hidrogeno.
Se calcula que dentro de 10 millones de años empezaría su decrecimiento.
Del núcleo del sol hasta su superficie hay una disminución de su densidad y temperatura.

LA RADIACIÓN SOLAR ¿Qué es realmente la radiación solar?; entendemos por ésta como el conjunto de radiaciones electromagnéticas emitidas por el astro rey; éste posee un comportamiento similar al de un cuerpo negro que emite energía a una temperatura de 6000° K. Podemos encontrar distintos tipos
de radiaciones, las más conocidas son la visible, tipo infrarrojo y las ultravioletas; pero es necesario aclarar que no toda la radiación solar alcanza la superficie de la Tierra,

.- Fracción de radiación que es transmitida. Transmisibidad.
MAMORE
ESPECTRO
La región visible (400 nm < λ < 700 nm) corresponde a la
radiación que puede percibir la sensibilidad del ojo humano e incluye los colores: violeta, azul, verde, amarillo, naranja y rojo. La región infrarroja:(800 nm – 4000nm )

La radiación ultravioleta
La radiación ultravioleta no posee efectos dañinos únicamente como muchos asumen, actualmente se han determinado varios de sus beneficios: disminuye la presión sanguínea,
mejora la respuesta muscular, reduce el
colesterol de la sangre, estimula las
terminaciones nerviosas, la respiración y la
capacidad de trabajo cardiovascular, entre
otras.
0
500
1000
1500
2000
2500
Long. de onda(um)
UNP.M. More

Sistemas abiertos y cerrados SISTEMA ABIERTO: Relación permanente con su
medio ambiente. Intercambia energía, materia,
información. Interacción constante entre el sistema y el
medio ambiente.
de energía, de materia, de información, etc, con el medio
ambiente.Utiliza su reserva de energía potencial interna.
Ejemplo: una reacción química que tenga lugar en un
recipiente sellado y aislado.
intercambian con su entorno energía e información.
Ejemplos : una célula, una planta, un insecto, el hombre,
un grupo social. La familia, la consideraremos un Sistema
Abierto.
Fijar los conceptos de energia solar para sus aplicaciones
Saber usar principios que rigen los flujos de la energía solar
Evaluar técnica y económicamente las bondades de la técnología solar con relación a las conveccionales.

RECURSO SOLAR

RADIACI N SOLAR INTERCEPTADA 173 X 10 ^12 W
FLUJOS DE ENERG A RENOVABLES EN EL PLANETA
REFLEXIÓN DIRECTA
CONVERSI N DIRECTA A CALOR 81000 X 10 ^12 W
RADIACIÓN
EVAPORACIÓN,
VATIOS
ALMAACENAMIENTO EN PLANTAS ANIMALES
ENERGÍA TÉRMICA
UNP.FCIENCIA M.MORE
-19
+47
capas de aire de la troposfera
MAMMORE

Balance de energía en la Atmosfera 1359.02 W/m^2 - 1452.77 W/m^2 es el total neto de Radiación Solar incidente. El 50.01% de la energía recibida es Radiación Infrarroja. De este %: El 51% es absorbido por la superficie de la Tierra. El 24% es reflejado en la troposfera por las nubes. El 14% es absorbido por el aire, específicamente por el vapor de agua y el rocío. El Bióxido de Carbono es “transparente” a la radiación infrarroja de onda corta proveniente del Sol.
El 7% es reflejado por la atmósfera superior.

Gases de invernadero

LA ENERGIA SOLAR COMO FUENTE DE TODAS LAS ENERGIAS. Modelo . MAM
A Δ T B
A Δ γ B
A Δ W B
8 7
DPTO DE PIURA EN EL MES DE MARZO
FUENTE : UNP. FCIENCIAS
EN EL DPTO. DE PIURA EN EL MES DE MARZO
FUENTE : UNP. FCIENCIAS
Posición geografica del lugar
La hora del día
La época del año
El estado del tiempo

20
100
180
260
340
420
500
580
660
740
820
900
7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19
hras r a d i a c i ó n s o l a r ( W / m 2 )
w/m2
Angulo de Declinación :δ y latiud
δ : Es la posición angular del sol al medio día solar con respecto al Ecuador . Al norte es positivo y al Sur negativo.
δ = 23.45 sen(360(284+n)/365
n: Es el día del año

Angulos; Altura solar y Acimut @: altura solar,
Define el ángulo que la visual al sol forma con el horizonte
: Acimut solar .Es el ángulo que define la desviación que tienen los rayos solares con respecto con respecto al Sur
verdadero
Haciendo uso de la ecuación hallamos α ( 2.2) )14.20()º24()º30cos()º14.20cos()º24cos( sen sen sen
= (0.91)(0.94)(0.87)+(0.41)(0.34)
= 0.88
)º08.62/(cos()º30()º14.20cos( sen sen
= (0.94)(0.50)/(0.47)
= 1.0

= (0.94)(0.50)/(0.47)
= 1.0

Máximo número de horas de sol El ángulo azimutal “z” que forma la posición del sol con la vertical en un punto determinado de la tierra
puede calcularse a partir de la siguiente ecuación:
cosh.cos.cos.cos sen sen z
= Es la declinación solar que varia entre – 23º y +23º
h = Es el ángulo horario h = ( t – 12 ).15º
t = Es la hora del día
Tst
z
tantancos 15
2 1
HN
HS
23.47°

= Ho( a +b/N)
=Radiación horizontal por día en promedio por un período( por ejemplo un mes)
Ho : Radiación por día extra terrestre ( afuera de la atmosfera) que cae sobre una superficie horizontal,en promedio, en el lugar, en el mismo perido.
: EL número promedio de horas de sol brillante durante el mismo perído .
N: Número máximo de horas de sol brillante dentro del mismo período .
a y b: Constantes.
DETERMINACIÓN DE Ho :
Ho =24/ Isc([1+0.033(360n/365)][coscossens +2/360 sen ])
Isc:Constante solar , energía por hora por unidad de área
n: El día del año

:Latitud
Viento Depuración aguas Fotosintesis
Arquitectura bioclimática
Calentador solar:Sistema que calienta agua sólo empleando la energía solar.Partes:
Un colector solar plano, que captura la energía y la trasfiere al agua.
Termotanque: Almacena el agua caliente
Sistema de tuberias:Donde circula el agua.

llenar líquidos
MAMMORE

Es la base del proceso mediante el cual una célula
FV convierte la luz solar en electricidad .Partes:
Capas de semiconductores, donde se crea la
corriente de electrones. Dos capas tipo p y tipo n
para formar un campo eléctrico, positivo en una parte
y negativo en la otra.
Proceso:La luz solar al incidir en la célula se liberan
electrones que pueden ser atrapados por el campo
eléctrico, formando una corriente eléctrica. Los
materiales semiconductores actúan como aislantes a
bajas temperaturas y como conductores cuando se

electricidad a un determinado voltaje (normalmente
12 ó 24 V). La corriente producida depende del nivel
de insolación . Aunque un módulo puede ser
suficiente para muchas aplicaciones, dos o más
módulos pueden ser conectados para formar un
generador FV. Los generadores o módulos
fotovoltaicos producen corriente continua (DC) y
pueden ser conectados en serie y/o paralelo para
producir cualquier combinación de corriente y
tensión. Los sistemas fotovoltaicos se pueden
clasificar como autónomos o conectados a la red

Power Up SHELL SOLOM ENERGY

Campo electrico
Aprovechamiento del recurso
MAMORE

Cocinas solares

TIPOS DE COCINA
•De concentración. Se basan en concentración de la radiación solar en un punto, típicamente a través de un reflector parabólico. En dicho punto se coloca la olla que cocinará los alimentos.

CONCENTRADORES SOLARES Cuando la forma de una superficie es parabólica todos los rayos que llegan paralelos al eje de la parábola se reflejan

Destiladores solares:Antecedentes :
El primer uso de los destiladores data de 1551 cuando era
usada por alquimistas árabes. Fue usado por los Della Porta
(1589), Lavoisier (1862), y Mauchot (1869).La primera planta de
destilación solar “convencional” se construyó en 1872 por el
ingeniero sueco Charles Wilson en la comunidad minera de Las
Salinas en lo que hoy es el norte de Chile. Este era un tipo de
destilador con gran depósito que se usaba en una mina de
Nitratos. La planta usaba compartimentos de madera (1.4m por
61.0m), que tenía fondo negro teñido con alumbre. La planta
tenía una área total de destilación de 4.9 litros de agua
destilada por m², equivalente a 2,300 litros diarios (Harding,
1883). Esta planta estuvo en operación hasta 1912.

Fundamento del destilador
Un destilador es una superficie cubierta con un material trasparente y expuesta a los rayos del sol, el agua sufre un calentamiento debido a que la radiación solar que atraviesa la cubierta no es reirradiada, completamente, hacia el exterior, a que los materiales tienen la capacidad de absorber la radiación y a que la cubierta solo permite la salida parcial de la radiación.
El factor más importante que afecta a la producción es la intensidad y cantidad de energía solar que llega al destilador. La producción de agua destilada (medida en kg/m2 día)es la cantidad de energía utilizada en vaporizar el agua en el destilador (Joules/m2 día), dividida por el calor latente de vaporización del agua (J/Kg). La eficiencia del destilador es entonces la cantidad de energía utilizada para vaporizar el agua en el destilador dividido entre la cantidad de energía incidente en el destilador
(J/m2 día).
Mostrar al alumno la generación del recurso en función de las condi ciones climáticas del
lugar
Mostrar al estudiante el uso de la tecnología eólica en función de las condiciones atmosféricas locales como de los recursos
de la zona
Enseñar al estudiante La evaluación del recurso

0.0001
0.001
0.01
1
10
100
1013
0.1

Una de las características del recurso eólico es su condición aleatoria y variable, por cuanto depende de condiciones atmosféricas. Asimismo, los vientos potencialmente aprovechables para la generación de electricidad se encuentran concentrados en zonas relativamente pequeñas o sitios específicos, por lo que el primer paso para su aprovechamiento es la prospección (o evaluación de las características del viento). Para ello, existen diferentes técnicas, que van desde la referencia popular hasta el uso de imágenes de satélite. Sin embargo, no importa qué tan sofisticados sean los métodos de prospección; la evaluación de la factibilidad técnico-económica de un proyecto eolo- eléctrico exige un conocimiento detallado del comportamiento del viento y, para ello, es imprescindible llevar a cabo mediciones anemométricas in situ.
Dinámica Atmosférica
A T B
VIENTO

DEFINICIÓN Curso Energías Renovables - Ing. Manuel Alejandro More More - Maestria de PROMAINA
DEFINICIÓN DE VIENTO.
aire , motivado por la diferencia de presión atmosférica entre dos
lugares diferentes. El viento se dirige del lugar de mayor presión hacia
al de menor presión con variable intermitente, es decir que no influye
con intensidad regular sino que lo hace en rehagas, de tal manera que
su velocidad por un momento crece en tanto disminuye en otros.
Para cuantificar el viento hay que determinar su dirección y su
velocidad
Determinación de la dirección del viento o rumbos
La dirección del viento se indica se indica en el punto del horizonte de
donde procede. Un viento que sopla de Norte a Sur es un viento Norte.
LA DIRECCIÓN se expresa ya sea en términos de los puntos de la
rosa de los vientos o en grados azimutales medidos desde el Norte. (
0), a través del Este (90 ), Sur (180 ) y Oeste (270 ) y el Norte está
re presentado por un ángulo de ( 0 y 360 ).
LOS CUADRANTES:
El I CUADRANTE está comprendido entre el N y el a través E
El II CUADRANTE está comprendido entre el E y el S. -
EL III CUADRANTE. está comprendido entre el S y el O.
EL CUARTO CUADRANTE está comprendido entre el O y el N.
La dirección de donde viene los vientos se determina técnicamente a
través de veletas .
LAS VELETAS son aparatos especialmente diseñados, muy móviles ,
perfectamente equilibrados y con su eje y con su eje de rotación en
perfecta posición vertical , de modo que pueda orientarse al menor
movimiento del aire.
ANEMOMETROS Y VELETA:
Mediciones : Las mediciones se realizan en equipos especializados como anemómetros mecánicos- electricos, equipos automatizados, anemómetros manuales, en globos para diferentes alturas, captados en estaciones terrenas.
Según la OMM(organización Meteorológica Mundial) las evaluaciones se deben hacerse a 10 msns.

Evaluación del recurso eólico
Una de las características del recurso eólico es su condición aleatoria y variable, por cuanto depende de condiciones atmosféricas. Asimismo, los vientos potencialmente aprovechables para la generación de electricidad se encuentran concentrados en zonas relativamente pequeñas o sitios específicos, por lo que el primer paso para su aprovechamiento es la prospección (o evaluación de las características del viento). Para ello, existen diferentes técnicas, que van desde la referencia popular hasta el uso de imágenes de satélite. Sin embargo, no importa qué tan sofisticados sean los métodos de prospección; la evaluación de la factibilidad técnico-económica de un proyecto eolo-eléctrico exige un conocimiento detallado del comportamiento del viento y, para ello, es imprescindible llevar a cabo mediciones anemométricas in
situ por lo menos un año.

P1
A1
V1
V1 > v > v2
ECUACIONES
GASTO MÁSICO =ρ AV
F = F =m Λv = ρ AV(v1- v2)
A
También se puede calcular esta fuerza de :
F =(P - P )A
P1+1/2 ρ V1² =P+ + 1/2 ρ V2 ²
P-+1/2 ρ V² =P2 + 1/2 ρ V 2 ² =P1 +1/2 ρV2 ² ya que P2 =P1
Restando ambas ecuaciones queda la diferencia de presiones en el disco :
P+ - P¯ = 1/2ρ( V1²-V2²)A

Eficacia
•La eficacia teórica máxima de los generadores eólicos. Esta está dada por el hecho de que no pueden transformar toda la energía que llega a su radio de acción. En teoría, el 59% de la energía que llega a un generador eólico se puede transformar a electricidad. En la práctica, la mayoría de las turbinas eólicas son mucho menos eficaces que esto y existen diseños de diversos tipos para obtener la máxima eficacia posible a diferentes velocidades del viento. Los mejores generadores eólicos tienen eficacias del 35% al 40%.
Los elementos principales de cualquier generador eólico son: rotor, caja de engranajes, generador, equipo de control y monitoreo, y la torre que la sostiene (permite aprovechar los
vientos de mayor velocidad a cierta altura).

Potencia entregado por rotor a una masa de agua,a una altura(h)
por acción de una bomba
P max = Cp.n.1/2*1/4 D² v³
Pmáx : Potencia entregada al agua en Watt
V: Velocidad instánea del viento en m/s
n: Eficiencia de trasmisión – bomba
: densidad del aire
Cp: Coef. potencia
Q = Cq*1/2* V²(R²)*R
R= radio del rotor(m)
Cq : Coef. de torque
FUERZA DE ARRANQUE (N):

FUERZA DE ARRASTRE
FUERZA DE ARRATRE (N) F= Ca*1/2V²(R²)
F: Fuerza de arrastre(N) : densidad del aire
V: velocidad del viento R: radio del rotor
Ca:Coef. de arrastre

Potencia que requiere una masa de agua para ser colocada a una altura
P= w*g*H*q P: potencia requerida por el agua(watt)
w: densidad del agua g: gravedad
H: altura del agua(m) q: caudal (m³/seg)

N=RPM(rev. por/min) S= carrera en mts
A= Area del pistón
Parámetros
Hay tres parámetros que determinan la cantidad de energía aprovechable del viento por una turbina eólica:
•La velocidad del viento. De acuerdo a las leyes de la física, la energía generada por la turbina es proporcional a la velocidad del viento al cuadrado. Como se muestra arriba. las velocidades del viento varían en función de la altura sobre el nivel del suelo y durante el día y a lo largo del año.
•El área barrida de las paletas, la cual es proporcional al cuadrado de la longitud de las paletas). Las turbinas de viento modernas de gran escala típicamente se equipan con rotores de tres palas, cuyo diámetro es de 42 y hasta 120 metros.

•Elección de los aerogeneradores más indicados
•Evaluación de la producción energética y económica
•Diseño de la obra civil asociada
•Diseño de las instalaciones eléctricas asociadas
•Evaluación del impacto ambiental

TURBINAS Las palas del rotor se diseñan para que giren con el viento, lo cual ocurre a bajas revoluciones por minuto. Mediante engranajes, se aumenta el número de revoluciones por minuto del motor y así llegar a un nivel adecuado para generar electricidad. Actualmente, las turbinas de gran escala suelen contener generadores con capacidades entre 600 y 6,000 kW.
El diseño de las torres es particularmente crítico, pues deben ser tan altas como sea económicamente posible (generalmente entre 40 y 100 metros); también deben ser robustas y permitir el acceso a la turbina para su mantenimiento, pero no agregar costo innecesario al sistema.

Tipo creta
Tipo rectangular
NACIONAL

EMPRESAS TRABAJANDO EN CONCESIONES EN PERÚ
Las 12 concesiones temporales otorgadas a la fecha son: El Tunal (Piura) de 105 Mw, Central Eólica Malabrigo (La Libertad) de 60 Mw, Parque Talara (Piura) de 240 Mw, Parque Ilo (Moquegua) de 240 Mw y La Brea (Piura) de 170 Mw.
También Parque Eólico Las Lomas (Lima) de 240 Mw, Parque Cupisnique (La Libertad) de 240 Mw, Parque Chimbote (Ancash) de 240 Mw y Parque Casma (Ancash) de 240 Mw.
Además, Parque Yauca (Arequipa) de 300 Mw, Ascope (La Libertad) de 100 Mw y Central Eólica Ilo 1 (Moquegua y Tacna) de 200 Mw.
Según la consultora española Meteosim Truewind, la inversión para instalar un megavatio (Mw) de una central eólica asciende a 1.2 millones de euros.

ELECTRICIDAD

1. Cubo esférico.
2. Cojinete principal.
3. Eje principal.
7. Acoplamiento flexible.
9. Radiador.
aceite de la caja de engranajes.
11. Soporte de la caja de engranajes.
12. Grúa para trabajos de mantenimiento.
13. Anemómetro y veleta de dirección.
14. Línea de agua.
bombeo
generación
Isolineas de viento en DPTO.DE PIURA
Red de tecnologías limpias - Ing. Manuel Alejandro More More Msc. - Universidad Nacional de Piura
Isolíneas del viento

RUMBO DE LOS VIENTOS
EQUIVALENCIAS DE RUMBOS TABLA
NNE 02 N 360
ENE 06 E 90
E 08 SE 135
ESE 10 S 180
SE 12 W 270
SSE 14 NW 315
S 16 N 360

VIENTOS CONTINENTALES Red de tecnologías limpias - Ing. Manuel Alejandro More More Msc. - Universidad Nacional de Piura
SISTEMA DE VIENTOS:
EVALUCIONES DEL RECURSO
H i s t o g r a m a d e f r e c u e n c i a s d e l o s v i e n t o s d e l m e s d e f e b r e r o
0
F
F r e c u e n c ia
% a c u m u la d o
Vel. Viento y rumbos febrero
H i sto g r a m a d e f re c u e n c i a s d e l o s r u m b o s d e l o s v ie n to s d e l m e s d e F e b r e r o
0
1 0 0
1 5 0
2 0 0
2 5 0
3 0 0
3 5 0
1 6 2 0 1 8 1 4 3 2 2 4 2 2 2 8 3 0 2 6
C l a s e
F r e c u e
F r e c u e n c ia

Viento en verano

0.0
1.0
2.0
3.0
4.0
5.0
6.0
V i e n t o ( m / s e g )
Real
Pronóstico
EMSAMBLAJE DE AEROBOMBA A POZO
ESTRUCTURA DE AEROBOMBAS
TORNAMESA Y TORRE
Partes de un molino
EMSAMBLAJE DE LA TORRE
Torres de Molinos de viento

MOLINO DE CRETA Y MULTIPALA EN CHALACO( BAJO PIURA) y CRETA EN
EL CAMPUS UNIVERSITARIO: UNP
MOLINO DE VIENTO : Miramar
Molino de viento de Miramar, Vichayal, Sn Luis y la
Isla: 80 años
Molino de Miramar regando tierras
Curso Energías Renovables - Ing. Manuel Alejandro More More - Maestria de PROMAINA
Molino de viento de Miramar
regando tierras
Instalación del primer molino de viento en Chalaco: Bajo Piura
Molino multipala:_Prototipo de
Molino de viento en las Parcelas de la UNP:1986
Molino semi-industrial de 12 aspas: 6m.
rotor

Molino de viento bombeando Red de tecnologías limpias - Ing. Manuel Alejandro More More Msc. - Universidad Nacional de Piura
Estación experimental eólica en

caballar
Mostrar al alumno el tratamiento de desechos tanto de origen vegetal
(paja) como animal(estiercol)
amiento de los desechos como
la tecnología
metabólicos de los que se valen las células para
obtener energía.
seres vivos poseedores de clorofila y otros
pigmentos, captan energía luminosa y la
transforman el agua y el CO
2
oxígeno

El dióxido de carbono (CO2 ) es absorbido por los estomas de las hojas, y junto con el (H2O), es absorbida por las raíces, llegan a los cloroplastos, donde con ayuda de la energía de la luz se produce la glucosa (C6 H12 O6).
En la reacción se produce (O2), que es emitido al aire o al agua y es utilizado para la respiración de otros seres vivos. la fórmula : 6 CO2 + 12 H2O + energía de la luz = C6 H12 06 + 6 O2 + 6 H2O Se usan 6 moléculas de (CO2) más 12 moléculas de (H2O) más energía de la luz para producir una molécula de glucosa (C6 H12 O6) más 6 de oxígeno (O2) y quedan 6moléculas de agua (H2O). A partir de la glucosa (C6 H12 O6) un azúcar muy común en las frutas, se producen la sacarosa, el almidón, la celulosa, la lignina o madera y otros compuestos, que son la base de los alimentos para las plantas mismas y para los herbívoros
Fotosintesis
¿Qué es la biomasa?

Bioenergía El valor energético de la biomasa de materia vegetal proviene originalmente de la energía solar a través del proceso conocido como fotosíntesis. La energía química que se almacena en las plantas y los animales (que se alimentan de plantas u otros animales), o en los desechos que producen, se llama bioenergía . Durante procesos de conversión tales como la combustión, la biomasa libera su energía, a menudo en la forma de calor, y el carbón se oxida nuevamente a dióxido de carbono para restituir el que fue absorbido durante el crecimiento de la planta. Esencialmente, el uso de la biomasa para la energía es la inversa de la fotosíntesis.
CO2 + 2H2O ([CH2O] + H2O) + O2
Fotosíntesis
VALOR ENERGÉTICO DE LA BIOMASA

COMPOSICIÓN QUÍMICA DEL BIOGAS

ANTECEDENTES DEL BIOGAS
1630: Humbolt reportó la existencia de gas combustible en la putrefacción de los alimentos.
1667: Shirley, descubrió que en los pantanos se producía un gas combustible que llamó gas de los pantanos.
1776:Volta analizó el gas de los pantanos y lo relacionó su aparición con la degradación de los vegetales.
1790: Priestley, reconoce propiedades de combustible en el gas de los pantanos
1804: Dalton plantea la primera fórmula química y lo asocia con el gas metano

Biogás de 1875 a 1970
1875:Popoff.-Descubrió que la produción de biogás se debe a un proceso microbial
1883:Pasteur: Presentó el trabajo de su alumno Gayon, donde reportó el experimento de producción de biogás de estiercol animal a 30ºC, concluyendo que la fermentación anaeróbica estiercol debe utilizarse para la iluminación y calefacción.
1890: Schloesing:Hizó fermentar estiercol a 52º C, utilizando una estufa y recogiendo 27 lts de gas/ kg de estiercol.
1894: Omeliansky.-Obtuvo metano e hidrogeno atacando papel con un cultivo de sedimento de pantano y líquido fecal, lo cual permitió demostrar que los fermentos metano génicos son destruidos a 75ºC.
1896.Se inaugura en Exter Inglaterra un sistema de alumbrado de una calle gas
producido del tratamiento de desagües
1900-1930. En Europa y USA se hicieron trabajos de digestión anaeróbica aplicados a desagües y se construyeron plantas de tratamiento de desagües en Inglaterra ,Alemania y USA entre otros.
1970.Se construyen digestores en la India,China y Asia

Bacterias proteliticas
Bacterias celulitica
NHSOL
400.00
420.00
440.00
460.00
480.00
500.00
520.00
540.00
horas de so
UNP. M. MORE

Tm. de arroz en desechos para producir CH4
PRODUCCIÓN DE GAS METANO A PARTIR DE DESECHOS DE ARROZ EN 1980
0
10000
20000
30000
40000
50000
60000
70000
80000
90000
S u
Sup.cul
5000
7000
9000
11000
años
DIGESTORES :
Digestores: Son sistemas naturales que aprovechan los desechos agrícolas y el estiercol de los animales para
producir el gas metano y biol, de acuerdo a las condiciones de su medio en que se encuentran las
bacterias que llevan a acabo el proceso de digestión anaerobica .

Disponibilidad de la materia Calidad de materia prima
Aislamiento ter mico
Calentamiento Artificial y agitación
Ciclo operacional de planta
Microorgani smos ¨S¨: Bacteri
as
Pinico, láctico, Alcoholes simples,
ACIDOS: acetico, priopionico Láctico y otros, alcoholes simples,CO2, N2, H2.
Microorganismos ¨M¨, bacterias formadoras de Metano( anaerobias obligadas)
Microorganismos ¨M¨

Animal
Desecho
Base Seca Base Húmeda
Manómetro
1.EXCAVACIÓN 2.Excavación de paredes
4.Listo domo para vaciar concreto

Modelando base Vaciando la tapa del digestor

0.1
0.1
3.2
0.8
0.6
CONCEPTOS
•Contenido de carbono: El carbono es el elemento del cual las bacterias se proveen de energía para sus procesos vivientes. El carbono de los desechos se presenta de diversas formas, de las cuales no todas son usadas directamente por las bacterias.

desechos
•Humedad: Es el peso en porcentaje que pierde la
muestra cuando es sometida a temperaturas de 103- 105ºC hasta peso constante.
•Sólidos totales: Es el peso en porcentaje del material que queda luego de someter a la muestra a 103-105ºC hasta peso constante. Están constituidas
por sólidos digeribles y no digeribles, se le denomina también sólidos secos.
•Sólidos volátiles: Es la fracción de sólidos totales que se pierde cuando se somete la muestra a ignición a temperaturas de 550-50ºC. Los sólidos volátiles están constituidos por material orgánico.

Parametros de evaluación
•Temperatura Es uno de los factores de mayor influencia en el proceso por su acción directa
sobre la actividad de las bacterias metano génicas especialmente. Estas bacterias se dividen en dos grupos principales : - Bacterias mesofílicas : Cuando su trabajo de rango óptimo se encuentra entre
28 y 38 ºC. - Bacterias termofílicas : Cuando su rango de trabajo óptimo se encuentra entre
50 y 60 ºC. Ambos grupos presentan una alta sensibilidad a los cambios bruscos de
temperatura, sin embargo las mesofílicas son más resistentes y su recuperación es más rápida en relación con las termofílicas.

Parametros de control :Dilución y tiempos de retención
•Dilución La dilución o contenido de sólido totales en una fermentación anaeróbica
depende básicamente del sistema de digestión escogido. Si se trabaja en sistema semi-continuos o continuos la mezcla dentro del
digestor debe ser fluida para facilitar su carga y descarga, siendo necesario trabajar con diluciones altas que pueden fluctuar entre 6-10 % de sólidos totales.
En el caso de sistemas batch la mezcla no requiere fluidez, pudiéndose trabajar con diluciones de 25-35 % de sólidos totales.
•Tiempo de retención
Este término se aplica sólo en los casos de sistemas continuos y semi- continuos. En dichos sistemas el tiempo de retención bacteriano puede diferir del tiempo de retención hidráulica, cuando la velocidad de la producción de las

Volumen , carga y substrato Tr = Volumen de la masa de digestión(m3) / Volumen de la carga
día(m3/día)
Es el tiempo que emplea el material orgánico desde que ingresa hasta que sale del digestor.
• Substrato
El substrato es el material orgánico que las bacterias transforman hasta convertirlo en biogás. Es indispensable que este substrato contenga todos los elementos necesarios y en proporciones adecuadas para su aprovechamiento
por la flora microbiana.

Parametros de control: acidos y alcalinidad •Contenido de ácidos volátiles
Los ácidos volátiles son ácidos orgánicos de cadena corta que presentan una alta presión de vapor a 104 ºC ( por eso se les denomina “Volátiles”)
Son producidos durante la etapa de fermentación ácida y sirven de alimento a las bacterias metano génicas quienes la transforman a metano y dióxido de carbono.
Estos ácidos están conformados por el ácido acético, propiónico, butírico, fórmico, también valérico y caproico. El ácido acético es el que se encuentra en mayor producción y el 70 % del metano producido por todo el sistema proviene de él.
Los ácidos volátiles devienen en un factor limitante cuando una alta concentración de ellos origina un descenso del PH afectando la actividad de las
bacterias metano génicas. •Alcalinidad

Parametros de control : PH, NITROGENO AMONIACAL
•Ph.- Es función de la relación entre el contenido de ácidos volátiles y la alcalinidad. Cuando no existe equilibrio entre estos dos parámetros se manifiesta cambios en el valor del PH
• NITRÓGENO AMONIACAL.-Es un nutriente esencial para los organismos anaeróbicos , pero dependiendo del medio, se convierte en toxico.Por encima de de los 1500 mg/lt, en medio alcalino por encima de de los 3000 mg/ lt. En cualquier medio
produce efectos inhibidores.

Rendimiento de desechos agricolas y producción de Biogas por unidad agricola
Tipos cultivo Ra /kg/Ha/año Biogas
kg M3/Ha/año

RENDIMIENTO DE ESTIERCOL Fresco y BIOGAS POR UNIDAD ANIMAL/AÑO(t°c =20)
Residuos Kg/día kg/unid/año Lts/kg M3/unid/día M3/día/año
Vacunos 16 5480 57 0.592 216.08
Equinos 12 4380 57 0.693 249.66
Porcinos 2.3 840 60 0.138 50.37
Ovinos 1.8 657 50 0.090 32.85
Caprinos 1.8 657 50 0.090 32.85
Aves 0.06 22 60 0.0048 1.752

para obtener energía electrica
energética para la conservación del
Medio ambiente
a las condiciones del lugar

de energía electrica
CICLO DEL AGUA

Pb= 9.807*Q*Hb(KW)
Q =Caudal en m³/seg
Hb = Altura bruta en metros
ECUACIÓN DE CONVERSIÓN = POTENCIA DE SALIDA + PERDIDAS POTENCIA DE SALIDA = POTENCIA ENTRADA*EFICIENCIA DE CONVERSIÓN
POTENCIA NETA: Pdisponible * n°( KW)
Potencia disponible = Hdisponible *Q*10

Factor de planta = Potencia usada * Tiempo*potencia usada/Potencia instalada* Periodo considerado
ENERGÍA USADA/ ENERGÍA DISPONIBLE
Q(LTS /SEG)
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12
Pot(KW)
36
24
12
Procesos en el ciclo del agua
•Evaporación. El agua se evapora en la superficie oceánica, sobre el terreno y también por los organismos, en el fenómeno de la transpiración
•Evapotranspiración.- Los seres vivos, especialmente las plantas, contribuyen con un 10% al agua que se incorpora a la atmósfera.
•Precipitación.- La atmósfera pierde agua por condensación (lluvia y rocío ) o sublimación inversa(nieve y escarcha) que pasan según el caso al terreno, a la superficie del mar o a la banquisa.
•Infiltración.-El fenómeno ocurre cuando el agua que alcanza el suelo penetra a través de sus poros y pasa a ser subterránea. La pendiente (que la estorba) y de la cobertura vegetal. Parte del agua infiltrada vuelve a la atmósfera por evaporación o, más aún, por la transpiración de las plantas, que la extraen con raíces más o menos extensas y profundas.
•Escorrentía Este término se refiere a los diversos medios por los que el agua líquida se desliza cuesta abajo por la superficie del terreno.

Perdidas :
De presión 10% Turbina 20%
Transformador 15% Transformación 4%
Viabilidad de una Central Hiodroelectrica
Instalar una central de potencia inferior a los 20 Kw. está movido más por razones de tipo medio ambiental o de ahorro energético que por intereses comerciales, es conveniente determinar la viabilidad del proyecto siguiendo los siguientes pasos:
1. E studio de los parámetros útiles: caudal y salto disponibles, calculo de la potencia de la instalación.
2. Análisis de las licencias necesarias, pidiendo información a los constructores o a los profesionales de la zona, por conocer la situación local.
3. E studio de viabilidad de la central y verificación de los costes, para asegurarse que la instalación tenga una relación costes / beneficios adecuada a las expectativas.
4. E lección del proyectista y del constructor.
5. Gestión y mantenimiento de la instalación.

3. Utilizadores
4. Dispersión en el aire

COMPONENTES DE UNA MICROCENTRAL HDROELECTRICA

FUNCIONES DE LAS PARTE DE UNA MICROCENTRAL

Funciones que cumple cada parte de una central Hidraulica
Presas : Forma el embalse; pudiendo ser de gravedad, cuando su altura es mayor que su base y están asentadas sobre las paredes. Pueden ser rectas o curvas, con curvatura simple o doble, con o sin contrafuerte. Son caras, pero forman embalses de menor superficie de extensión, típicas de los ríos de montaña.
Embalse. Mantiene el caudal constante, asegura la generación de energía
Vertedero .Son las válvulas o el coronamiento de la presa cuya apertura evacua el caudal en exceso o no turbinado en caudales muy grandes. Son compuertas radiales de accionamiento automático.

Funciones de las partes de una central
Tubería forzada: Es el último tramo de gran inclinación donde se reparte el agua a las turbinas.
Chimenea de equilibrio: Típicas de las centrales de montañas, es utilizada para equilibrar las presiones y evitar el golpe de “arriete” que produce el cerrado de las
válvulas.
Casa de máquinas: Es el edificio donde se instalan los generadores, las turbinas y los equipos de control.
Transformador y playa de maniobras:Al lado de cada generador, en el exterior, un transformador eleva, en una o dos etapas, la tensión generada hasta que corresponda a la tensión de transporte. En la playa están instalados los interruptores e instrumentos de medición.

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energías renovables