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UNIVERSIDAD NACIONAL DE TRUJILLO FACULTAD INGENIERÌA ESCUELA ACADÉMICO PROFESIONAL DE INGENIERÍA INDUSTRIAL

EXPEDIENTE TÉCNICO SOBRE LA CONSTRUCCIÓN DE UNA PLANTA EÓLICA DE 8MW PARA REDUCIR COSTOS DE LA ENERGÍA ELÉCTRICA

AUTORES:  CABANILLAS TEJADA, JERSONN  CRUZ CORTEZ, MARENG ANELYS  LEÓN RÍOS, JAMPIER JOSÉ GABRIEL  UBALTER ROSAS, NATHALIE FIORELLA ASESOR: DR. ING. GUTIERREZ PESANTES, ELÍAS GUADALUPE – PERÚ 2016

Memoria Descriptiva 1. Objetivos 1.1.

General:

Minimizar los costos de energía eléctrica por medio de un expediente técnico para el proyecto de una planta eólica. 1.2.

Específicos:

- Diseño de una planta eólica de 8MW en el punto de ubicación que hemos evaluado que será la mejor alternativa de la implementación de la misma. - Eficiencia en el aprovechamiento de la energía y la disponibilidad comercial - Determinar lo que ha significado los ingresos del consumo de energía eléctrica por aerogeneradores durante el tiempo - Elaborar el estudio del proyecto, determinar lo que significaría los costos y los ingresos por el tiempo de vida útil de los equipos mediante el expediente técnico - Determinar los ingresos que corresponde por el servicio eléctrico brindado - Evaluación de la viabilidad del proyecto mediante las herramientas de ingeniería económica y financiera: Pay Back, TIR y VAN - Evaluar el impacto ambiental y social que significaría este proyecto. - Servicio eficiente al cliente - Satisfacción plena del cliente

2. Descripción general del proyecto La energía eólica es la energía obtenida a partir del viento, siendo esta aprovechada para transformarla mediante un aerogenerador en energía eléctrica, en otras palabras, las corrientes de aire impulsan a las aletas a girar, provocando por medio de mecanismos del aerogenerador convertir la energía cinética del viendo en energía mecánica, y este a su vez gracias a un generador inmerso en el sistema se convierte en energía eléctrica, que es aprovechada como consumo y sustituible de la energía tradicional. Nosotros como alumnos de Ingeniería Industrial, nos hemos visto en la necesidad de proponernos el reto de un proyecto de inversión de una planta eólica para la generación de energía eléctrica satisfaciendo plenamente las necesidades de los consumidores en aspectos de sanidad sostenible futura y reducción de gastos familiares por menor uso de energía tradicional.

Mediante este proyecto, buscamos minimizar costos, pero ¿cómo logramos este objetivo fundamental? Implementando este tipo de energía, el costo por consumo de KW por hora es menor que al de energía tradicional, es una forma directa de ahorrar para las familias. Considerando que el precio unitario de venta del KWh que proporcionaremos será de S/. 0,30 en comparación con el precio unitario de venta del KWh de energía tradicional de S/. 0,4371, entonces deductivamente, analizamos que las familias optarán por la alternativa de energía eléctrica por aerogeneradores. La fórmula general de la energía activa está dada por la siguiente expresión:

𝐸𝑛𝑒𝑟𝑔í𝑎 𝑎𝑐𝑡𝑖𝑣𝑎 = (𝐶𝑜𝑠𝑡𝑜 𝑢𝑛𝑖𝑡𝑎𝑟𝑖𝑜 𝑝𝑜𝑟 𝐾𝑊ℎ) ∗ (𝐾𝑊ℎ 𝑡𝑜𝑡𝑎𝑙 𝑐𝑜𝑛𝑠𝑢𝑚𝑖𝑑𝑎) Entonces evaluando 

Para energía aerogenerada

Costo de energía activa aerogenerada = S/. 0,30*(KWh total consumida) 

Para energía tradicional

Costo de energía activa tradicional = S/. 0,4371*(KWh total consumida)

Haciendo una comparación entre igualdades de KWh total consumida 𝐶𝑜𝑠𝑡𝑜 𝑑𝑒 𝑒𝑛𝑒𝑟𝑔í𝑎 𝑎𝑐𝑡𝑖𝑣𝑎 𝑎𝑒𝑟𝑜𝑔𝑒𝑛𝑒𝑟𝑎𝑑𝑎 𝐶𝑜𝑠𝑡𝑜 𝑑𝑒 𝑒𝑛𝑒𝑟𝑔í𝑎 𝑎𝑐𝑡𝑖𝑣𝑎 𝑡𝑟𝑎𝑑𝑖𝑐𝑖𝑜𝑛𝑎𝑙 = 𝑆/.0,30 𝑆/.0,4371

Despejar es una forma para poder determinar la cuantía porcentual de la energía aerogenerada con respecto al de energía tradicional por KWh

𝐶𝑜𝑠𝑡𝑜 𝑑𝑒 𝑒𝑛𝑒𝑟𝑔í𝑎 𝑎𝑐𝑡𝑖𝑣𝑎 𝑎𝑒𝑟𝑜𝑔𝑒𝑛𝑒𝑟𝑎𝑑𝑎 𝑆/.0,30 = 𝐶𝑜𝑠𝑡𝑜 𝑑𝑒 𝑒𝑛𝑒𝑟𝑔í𝑎 𝑎𝑐𝑡𝑖𝑣𝑎 𝑡𝑟𝑎𝑑𝑖𝑐𝑖𝑜𝑛𝑎𝑙 𝑆/.0,4371

𝐶𝑜𝑠𝑡𝑜 𝑑𝑒 𝑒𝑛𝑒𝑟𝑔í𝑎 𝑎𝑐𝑡𝑖𝑣𝑎 𝑎𝑒𝑟𝑜𝑔𝑒𝑛𝑒𝑟𝑎𝑑𝑎 = 68,634% 𝐶𝑜𝑠𝑡𝑜 𝑑𝑒 𝑒𝑛𝑒𝑟𝑔í𝑎 𝑎𝑐𝑡𝑖𝑣𝑎 𝑡𝑟𝑎𝑑𝑖𝑐𝑖𝑜𝑛𝑎𝑙

Entonces ya obtenido el valor porcentual, nos damos cuenta, que al invertir en un proyecto de esta magnitud, y ofreciéndola a un costo de S/. 0,30 por KWh, nos da un costo total de energía eléctrica al consumidor tan solo del 68,634% con respecto a lo significaría al costo de la energía tradicional.

De otra manera, representamos al costo de la energía tradicional con respecto al costo de la energía aerogenerada. 𝑆/.0,4371 ∗ (𝐶𝑜𝑠𝑡𝑜 𝑑𝑒 𝑒𝑛𝑒𝑟𝑔í𝑎 𝑎𝑐𝑡𝑖𝑣𝑎 𝑎𝑒𝑟𝑜𝑔𝑒𝑛𝑒𝑟𝑎𝑑𝑎) = (𝐶𝑜𝑠𝑡𝑜 𝑑𝑒 𝑒𝑛𝑒𝑟𝑔í𝑎 𝑎𝑐𝑡𝑖𝑣𝑎 𝑡𝑟𝑎𝑑𝑖𝑐𝑖𝑜𝑛𝑎𝑙) 𝑆/.0,30

Resolviendo esa ecuación, obtenemos: 𝑆/.1,457 ∗ (𝐶𝑜𝑠𝑡𝑜 𝑑𝑒 𝑒𝑛𝑒𝑟𝑔í𝑎 𝑎𝑐𝑡𝑖𝑣𝑎 𝑎𝑒𝑟𝑜𝑔𝑒𝑛𝑒𝑟𝑎𝑑𝑎) = (𝐶𝑜𝑠𝑡𝑜 𝑑𝑒 𝑒𝑛𝑒𝑟𝑔í𝑎 𝑎𝑐𝑡𝑖𝑣𝑎 𝑡𝑟𝑎𝑑𝑖𝑐𝑖𝑜𝑛𝑎𝑙)

Concluimos que el costo de la energía activa tradicional representa 1,457 veces el costo de la energía aerogenerada. En términos de ahorro, hemos considerado la siguiente expresión: 𝐴ℎ𝑜𝑟𝑟𝑜 = [(𝐶𝑜𝑠𝑡𝑜 𝑢𝑛𝑖𝑡𝑎𝑟𝑖𝑜 𝑝𝑜𝑟 𝐾𝑊ℎ)1° − (𝐶𝑜𝑠𝑡𝑜 𝑢𝑛𝑖𝑡𝑎𝑟𝑖𝑜 𝑝𝑜𝑟 𝐾𝑊ℎ)2° ] ∗ (𝐾𝑊ℎ 𝑡𝑜𝑡𝑎𝑙 𝑐𝑜𝑛𝑠𝑢𝑚𝑖𝑑𝑎)

Donde: (Costo unitario por KWh)1: Se refiere a la energía tradicional (Costo unitario por KWh)2: Se refiere a la energía aerogenerada

Reemplazando los costos unitarios por ambas formas de energía eléctrica, logramos concluir con esto: 𝐴ℎ𝑜𝑟𝑟𝑜 = [𝑆/.0,4371 − 𝑆/.0,30] ∗ (𝐾𝑊ℎ 𝑡𝑜𝑡𝑎𝑙 𝑐𝑜𝑛𝑠𝑢𝑚𝑖𝑑𝑎) Resolviendo: 𝐴ℎ𝑜𝑟𝑟𝑜 = 𝑆/.0,1371 ∗ (𝐾𝑊ℎ 𝑡𝑜𝑡𝑎𝑙 𝑐𝑜𝑛𝑠𝑢𝑚𝑖𝑑𝑎) Entonces, en el aspecto de ahorros, eso representa para las familias, un ingreso indirecto de S/. 0,1371 por cada KWh consumida, quizás esto es insignificante para consumos pequeños, pero con un monto de KWh mayores, esto si está adquiriendo importancia, porque esta cantidad ahorrada, se puede usar para otras necesidades en dónde no se contaba con esta cantidad adicional. Como nuestro proyecto se enfoca en el suministro del servicio de energía eléctrica mediante aerogeneradores. Nuestra idea clara está sustentada en que nos encargaremos de adquirir las partes para los veinte aerogeneradores necesarios y poder ensamblarlos, para luego hacer las instalaciones necesarias y así lograr la obtención de la energía. Según la pregunta: ¿Qué ventaja traería consigo la implementación de este tipo de energía?

La primera respuesta espontánea que todo consumidor desearía obtener es que su factura de consumo eléctrico disminuirá, y es que como en algunos productos o servicios se enfrasca en que el bolsillo del consumidor debe pesar más, haciendo omiso los efectos secundarios. Pero la idea clara de este proyecto es que en todas las formas se abarque un eficiente servicio al cliente, con este tipo de energía brindada, además de ser recurso renovable, nos está brindando la oportunidad de poder tener un futuro sostenible, es decir; el acceso, la confiabilidad y fiabilidad de la no generación de residuos tóxicos que contribuyan al efecto invernadero por tratarse de una energía limpia obtenida naturalmente. Además de las situaciones ya presentadas anteriormente, la energía eólica proporciona diversificación rural, empleo local, facilidad de integración a redes de potencia eléctrica ya existentes, y en cuanto a sus instalaciones, los parques eólicos solo ocupan un 2% del terreno, entonces lógicamente los 98% podemos aprovechar para el área agrícola, siendo ésta la primordial actividad. Entonces observando las ideas principales del proyecto, es como nos damos cuenta que es una buena alternativa por no decir, claro después de la energía solar, la mejor. Pero a pesar de esa diferenciación, es la industria energética con mayor ritmo de crecimiento en la última década.

3. Antecedentes 3.1.

Propuestas de cliente

Con ayuda de los consumidores, logramos ordenar y entender cuáles son las necesidades y situaciones reales que ellos experimentan frente a la energía eléctrica. Y presentando una idea clara y concisa de un proyecto que trata de una nueva forma de abastecer la energía de su hogar, y lo más importante a corto plazo para ellos que es la reducción de sus recibos de energía eléctrica, es decir, lo que significa que sus costos por la energía tradicional de una manera se reduce por adoptar la forma de energía aerogenerada, de esa forma es que los consumidores se impactan por una nueva alternativa de consumo energético sostenible del hogar. Esto se llevó a cabo mediante entrevistas que nos facilitaron la obtención de información necesaria para tener en cuenta en la satisfacción de las necesidades requeridas enfocadas a este rubro.

3.2.

Exigencias del mercado

Los consumidores mismos, son aquellos que nos facilitan a que podamos cubrir sus demandas, siempre que ellos nos lo manifiesten, y eso se pudo lograr mediante las entrevistas mencionadas anteriormente.

El servicio eléctrico ya hace muchos años, es muy diferente a los que hoy en día se hace, tanto en su capacidad de generación, transmisión y distribución. Y también es muy diferente el costo, ya que ahora es mucho más bajo, contando aún con una atención más personalizada. Entonces podemos concluir que en este rubro las situaciones han cambiado para bien, pero a pesar de todo esto, no se abarca en su totalidad lo que comprende a un sostenimiento pleno en relación a los consumidores y medio ambiente, si es bueno para una parte, para la otra quizás no lo es en su conformidad. Entonces el mercado cambiante de ahora, se enfrasca a exigencias mayores, y si existe la opción oportuna que satisfaga lo que el mercado exige, los consumidores aptos estarán a hacerse de eso. Es a partir de la década de 1990, con los procesos de privatización, que el sector pasa a tener una estructura mixta de empresas públicas y privadas. Asimismo, la inversión, que en 1996 era cercana a los US$ 500 millones, llega en el año 2010 a cerca de US$ 10000 millones; lo que significa que en 15 años se acumuló una inversión de US$ 9500. Se duplicó así la oferta de la capacidad de generación, que pasó de 4462 MW a 8887 MW en 2010. Solo en ese año se incrementó la capacidad instalada de energía eléctrica en el país en 613.7 MW. Durante el tiempo ya transcurrido, han aparecido distintas formas para la obtención de energía, el gas natural reemplazó por ser más económico a las fuentes de petróleo, y también duplica la eficiencia energética con igual consumo y mucha menor contaminación. En esta línea sigue la energía eólica que es aún mejor que las dos antes mencionadas, y por “último” la que encabeza en la lista de mejor fuente de energía es la energía eléctrica solar. 3.3.

Medidas propuestas  Tecnología adecuada de los equipos: el reto en todo proyecto, es que los equipos sean duraderos y fiables, y proveer el suministro eléctrico debe ser seguro, controlado con equipos robustos y adecuados a la localización.  Métodos de predicción: sirve para estimar un valor de la potencia eólica, y éstos varían entre el uso de modelos estadísticos a modelos físicos. Asimismo la predicción podría basarse en la estimación de producción para un conjunto de parques eólicos, o utilizar distintos métodos de predicción sobre un mismo parque, con el fin de mejorar el conocimiento y por consiguiente el resultado. También es necesario concertar con las compañías eléctricas y los promotores de parques eólicos en colaboración con las autoridades de ámbito local o estatal la resolución de los problemas que supone la integración en la red de los parques eólicos.

 Regulatorias: la facilitación para la conexión de las instalaciones al sistema eléctrico. 3.4.

Exigencias legales 3.4.1. Marco institucional del sector eléctrico 3.4.1.1.

Ministerio de Energía y Minas (MINEM)

Otorga concesiones y establece la reglamentación del mercado. 3.4.1.2.

Organismo Supervisor de la Inversión en Energía y Minería (OSINERGMIN)

Establece tarifas y compensaciones y se asegura que se cumpla con la reglamentación establecida por el MINEM. Puede complementar las reglamentaciones de ser necesario. 3.4.1.3.

Comité de Operación Económica del Sistema (COES)

Coordina operación y determina los pagos entre participantes del mercado. Los procedimientos del COES son aprobados por OSINERGMIN. 3.4.2. Marco Jurídico  Ley de promoción de la inversión para la generación de electricidad con el uso de energías renovables – Decreto Legislativo 1002 (mayo 2008)  Reglamento de la generación de electricidad con energías renovables – Decreto Supremo 012-2011-EM (Marzo 2011)  Bases de la Segunda Subasta RER (Régimen especial del impuesto a la renta), aprobadas mediante Resolución Viceministerial N° 036-2011-MEM/VME del Ministerio de Energía y Minas. 3.4.2.1.

Criterios y alcances del marco jurídico

 Mecanismo de promoción:  Dispuesto por el marco normativo de la promoción de RER  Existen otros mecanismos (Feed-in Tariffs) para promocionar los RER, pero en el Perú se ha optado por subastas.  Frecuencia  Las subastas serán convocadas con periodicidad no menor a 2 años.

 Requerimiento  Se subasta la Energía Requerida en MWh/año (tecnologías biomasa, eólica, solar, geotérmica y mareomotriz) más un adicional de pequeñas hidroeléctricas (menores a 20 MW).  Tarifa de Adjudicación  Es la tarifa que se garantiza a cada adjudicatario por la venta de su producción de energía, expresada en US$/MWh  Será la que resulte como consecuencia del proceso de subasta de proyectos RER y es firme durante el plazo de vigencia 3.4.3. Mecanismo de pago  Los generadores son responsables de recolectar todos los cargos de generación y transmisión que pagan los usuarios finales:  Peajes de Transmisión Principal  Cargo por capacidad  Tarifas de energía  Cargos especiales (cargo por prima, cargo por seguridad de suministro, cargo por generación adicional)  Generadores reportan lo recolectado y el COES (Comité de Operación Económica del Sistema Interconectado Nacional) establece cuánto cada generador debe pagar a las empresas de transmisión y a los beneficiarios de los cargos especiales:  EL COES no recolecta dinero ni efectúa pago alguno.  Por incumplimiento de pagos se aplican sanciones administrativas y multas.

3.5.

Estudios previos 3.5.1. Mundial

A. Título: Proyecto TECH4CDM Coordinación: Instituto para la Diversificación y Ahorro de la Energía (IDAE) de España Socios tecnológicos: -

Asociación de la Industria Fotovoltaica Europea (EPIA) Asociación Empresarial Eólica (AEE) Asociación Solar de la Industria Térmica (ASIT) COGEN España Oficina Española de Cambio Climático (OECC).

Entidades participantes: -

Secretaría de Energía y la Unión Industrial Argentina Comisión Nacional de Energía (CNE) de Chile Ministerio de Electricidad y Energía Renovable (MEER) de Ecuador Comisión Nacional para el Uso Eficiente de la Energía (CONUEE) de México Centro de Conservación de Energía y del Ambiente (CENERGIA) de Perú

Años: México 2008 y 2009 Conclusión: El proyecto TECH4CDM, desarrollado a lo largo de los años 2008 y 2009 y financiado por la Unión Europea dentro del marco de I+D, tiene como objetivo la promoción de tecnologías de energías renovables y de eficiencia energética prestando especial atención a la superación de barreras de carácter tecnológico y analizando cómo los Mecanismos de Desarrollo Limpio (MDL) del Protocolo de Kyoto pueden favorecer los proyectos basados en las tecnologías eólica, cogeneración, solar térmica y electrificación rural con energías renovables. Los cinco países donde se realizan las actividades del proyecto son Argentina, Chile, Ecuador, México y Perú y en cada uno de ellos se ha trabajado con socios locales, asegurando de esta forma un mayor aprovechamiento de los esfuerzos compartidos. Siendo los objetivos principales:  Impulsar el desarrollo de la industria de energías renovables  Ampliar el portafolio energético, impulsando una mayor seguridad energética al no depender de una sola fuente de energía.  Ampliar la cobertura del servicio eléctrico en comunidades rurales utilizando energías renovables en aquellos casos en que no sea técnica o económicamente factible la conexión a la red.

B. Título: Desarrollo de los proyectos de Energía Eólica en Costa Rica (1979 2005) Autor: Ronald Eduardo Díaz Bolaños Años: Costa Rica (1979 – 2005) Estudios por: Instituto Costarricense de Electricidad (ICE) Colaboraciones: -

Centro de Investigaciones Universidad de Costa Rica Escuela de Historia

Geofísicas

(CIGEFI)

de

la

-

Centro de Investigaciones Históricas de América Central (CIHAC) de dicha Universidad de Costa Rica

Conclusiones: El proyecto tiene como finalidad fundamental indagar sobre el avance de la energía eólica en Costa Rica, presentando como único riesgo la presencia de fallas geológicas o activas o potencialmente activas en las zonas dónde se están evaluando, y sus efectos posibles para el proyecto que no se habían estudiado, se tiene que tener muy en cuenta. También se señalaron como eventuales efectos la interrupción de transmisiones radiales, los peligros para la flora y fauna local, en particular de las especies migratorias, las modificaciones eventuales en el paisaje y daños a los recursos paleontológicos y arqueológicos de la zona. Se realizaron estudios de impacto ambiental en las zonas con la finalidad de responder a dichas inquietudes y fue evaluado y avalado por el BID (Banco Interamericano de Desarrollo), la entidad que concedió un préstamo para financiar las obras de construcción. El estudio determinó que durante la construcción del parque eólico del ICE, los efectos en el ambiente se redujeron a los movimiento de tierra al abrir vías de acceso y siete puntos para la colocación de los generadores, sin perjudicar el uso de la tierra ni las condiciones sociales de los habitantes de las poblaciones vecinas. (ICE, 2005). En cuanto a otras formas de impacto en el medio, la lejanía de los asentamientos humanos impide que el ruido de los generadores afecte directamente a los pobladores, además que la tecnología empleada reduce significativamente la producción de ruido.

Objetivos:  Indagar los antecedentes de los proyectos de energía eólica presentes en Costa Rica.  Caracterizar las zonas del país que por sus condiciones eólicas son favorables para su uso industrial con base en los estudios existentes.  Determinar el impacto social y ambiental de las plantas de producción de energía eólica en Costa Rica  Señalar las repercusiones que ha tenido para la región centroamericana la experiencia costarricense en materia de energía eólica.

3.5.2. Latinoamérica A. Título: Memoria II Simposio Internacional: Energía Eólica de pequeña escala “Aportes en el desarrollo energético para América Latina” Autor: Jean Velásquez

Colaboración: -

Matteo Ranaboldo Jon Sumanik.Leary

Entidades convocantes: -

Green Empowerment Wisions of Sustainability Organismo Supervisor de la Inversión en Energía y Minería (OSINEMIN) Centro de demostración y capacitación en tecnologías apropiadas (CEDECAP) Universidad Nacional Pedro Ruiz Gallo – Lambayeque

Años: del 19 al 22 de noviembre de 2013

Conclusiones: El II Simposio Internacional de Energía Eólica de Pequeña Escala realiza aportes en el desarrollo energético para América Latina, y para eso se llevó a cabo un taller práctico de manejo de software eólico a cargo del Director del Centro Regional de Energía Eólica CREE en Argentina. En este taller se dieron conceptos básicos del manejo del software WINDPRO 2.8, abordando temas como la organización de archivos, herramientas de hardware necesarios para el funcionamiento del programa, fundamentos de la energía eólica teniendo consideraciones diversas, se realizó la visualización del sistema en 3D y 2D. También se hizo énfasis en algunos impactos que puede generar la utilización de sistemas eólicos a gran escala (parques eólicos), los cuales deterioran el paisaje y generan ruidos en poblaciones aledañas. El taller de manejo de software eólico concluyó con la siguiente frase que el expositor consideró incluirla “La mejor manera de aprender es ver y probar”, impulsando de este modo a experimentar.

Objetivos:  Difundir los avances en la investigación, usos y aplicaciones de las distintas experiencias en el uso doméstico, uso productivo, desarrollo de capacidades, política y normatividad, que han sido promovidas utilizando la energía eólica de pequeña escala en América Latina  Analizar la viabilidad técnica, económica y social de los sistemas eólicos implementados con la finalidad de establecer un mercado potencial que permita la masificación de estos sistemas.

3.5.3. Nacional A. Título: Proyectos de generación eléctrica en el Perú Autores: -

Oscar Aguilar Suzete Castillo Alfredo Mendiola Carlos Aguirre Gerard Giglio Walter Maldonado

Año: 2012 Institución: Universidad ESAN Conclusión: El país registró en el 2010 una demanda máxima de electricidad de 4579 Megavatios (MW), estimándose que se requería un crecimiento de entre 400 y 500 MW al año para abastecer la demanda del mercado interno. Frente a estas mayores necesidades, en el ámbito mundial el fenómeno del calentamiento global ha llevado a buscar nuevas alternativas para mantener un desarrollo sostenido y a la vez ser amigables con el medio ambiente. La manera de generar energía eléctrica desempeña un papel primordial en el logro de estos objetivos. Así a partir del Protocolo de Kioto, se alienta el Mecanismo de Desarrollo Limpio (MDL) con alternativas que han generado un mercado paralelo de ingresos adicionales para la tecnología limpia. Esta situación ofrece al Perú la posibilidad de cubrir sus necesidades bajo una matriz de producción de energía eléctrica que sea rentable, sostenible y amigable con el medio ambiente mediante el uso de los MDL.

Objetivos: 

General: Analizar la creación de valor en proyectos de generación eléctrica por aerogeneradores en el Perú, considerando los efectos de los Bonos de Carbono.



Específicos: - Presentar la demanda futura de energía eléctrica en el Perú. - Describir las características y la composición del sector eléctrico peruano. - Explicar el desarrollo del mercado de carbono en el Perú y el mundo - Evaluar la creación de valor de una inversión en generación eléctrica y sin certificado MDL.

3.5.4. Local A. Título: Proyecto Eólico de 750 MW en Lambayeque y La Libertad (Talara y Cupisnique) Estudios por: Gerente General de la Empresa Salka Perú, Juan Coronado Año: 2011 Proveedores: -

General Electric Siemens Acciona

Financiación: -

Fondos de inversión EE.UU. Corporación Andina de Fomento (CAF) El IFC Brazo financiero del Banco Mundial Banco Interamericano de Desarrollo (BID)

Conclusión: La empresa Salka Perú evalúa la posibilidad de instalar un parque eólico de 750 megavatios en la costa norte del País. Desarrolla sus estudios a nivel de factibilidad en los distritos de Lagunas y Pueblo Nuevo. Se estima en forma preliminar que el potencial de generación de energía eólica de la zona en estudio será de hasta 750 MW, potencial que será evaluado y definido mediante el estudio indicado y que, de ser técnica y económicamente viable podría materializarse en la construcción de una futura Central Eólica denominada Estherfilia. Se realizaron los estudios respetando las normas técnicas y de seguridad vigente, y además preservar el medio ambiente y salvaguardando el patrimonio cultural. Los parques eólicos deben empezar a generar energía eólica que será inyectada al sistema eléctrico nacional. El gerente añadió “Podríamos empezar antes si es que se aceleren los plazos para aprobar los permisos que necesitamos para obtener la concesión definitiva”.

4. Factores a considerar

4.1.

Situación general de la energía eólica

Desde el inicio de la crisis económica causada por el incremento del precio del petróleo en la década de los setenta, se inició un gran esfuerzo de desarrollo dedicado a disminuir la dependencia del petróleo de los sectores generadores de energía. Así como la energía obtenida mediante el gas. Pero surge una revolución por la necesidad de energías renovables, debido al incremento de las consideraciones medioambientales producidas por el patente deterior del mismo. Las energías renovables han experimentado un auge considerable ya que se comenzó a investigar otras alternativas energéticas que no comprometiesen a largo plazo la continuidad de la vida humana en el planeta. Es una de las fuentes de energía más baratas, puede competir en rentabilidad con otras fuentes energéticas tradicionales como las centrales térmicas de carbón, las centrales eléctricas y las centrales de gas, y más aún cuando se consideran los costes de reparar los daños medioambientales. Este tipo de energía, no comprende un proceso de combustión, entonces desde el punto de vista medioambiental, llega a ser un procedimiento muy favorable por ser limpio, exento de problemas de contaminación y a la no contribución al efecto invernadero. Se suprimen radicalmente los impactos originados por los combustibles durante su extracción, transformación, transporte y combustión, beneficiando a la atmósfera, al suelo, al agua, a la fauna, a la vegetación, a la vida, etc. 4.1.1. Situación actual de la energía eólica en el mundo Frente a la mayoría de los pronósticos realizados hace apenas unos años, hoy la energía eólica no solo crece de forma imparable en los países desarrollados y bate todos los récords, sino que además se ha convertido en la mejor demostración de que las energías renovables pueden contribuir a transformar el modelo energético tradicional. Y esto en un momento en el que el precio del petróleo supera los 60 dólares el barril. La energía eólica ha continuado su camino mundial de éxito como la fuente de energía con el mayor crecimiento dinámico en el año 2008. Desde 2005, las instalaciones alrededor del mundo han crecido más que el doble.

Figura N° 1: Capacidad acumulativa mundial de energía eólica

La capacidad mundial instalada alcanza los 121.188 MW, de los cuales 120.7 GW fueron sumados en 2008. El mercado de nuevas turbinas eólicas ha mostrado un aumento del 42 % y ha alcanzado una magnitud de 27.261 MW. Hace diez años el mercado de nuevas turbinas eólicas alcanzaba los 2.187 MW, menos de un décimo de lo que representa en 2008. Los Estados Unidos y China están actualmente liderando. EEUU ha alcanzado el primer puesto en el mundo, antes perteneciente a Alemania, y China se encuentra delante de India, liderando de esta manera en el continente asiático. EEUU y China representaron el 50,8 % de las ventas de turbinas eólicas en 2008 y los ocho mercados líderes constituyeron casi el 80 % del mercado de nuevas turbinas eólicas, un año atrás solo cinco mercados representaron el 80 % de las ventas globales.

Figura N° 2: Porcentaje de capacidad instalada por países, año 2008 En el año 2008, Estados Unidos se sitúa en el lugar pionero en términos de instalaciones totales. China continúa con su rol de mercado más dinámico en el año 2008, con más de 12 GW de potencia eólica instalada. Teniendo en cuenta algunos factores inestables, se estima que la energía eólica será capaz de contribuir en el año 2020 al menos con el 12 % del consumo global de electricidad. Para el año 2020, se puede esperar que por lo menos sean instalados 1.500.000MW alrededor del mundo. Un estudio recientemente publicado por el “Energy Watch Group” revela que para el año 2025 es muy probable que se alcancen los 7.500.000 MW instalados alrededor del mundo, produciendo un total de 16.400 TWh. Las energías renovables conjuntamente excederían el 50% del suministro global de energía.

Figura N° 3: Potencia instalada por países, 2014

4.1.2. Situación actual de la energía eólica en Latinoamérica La capacidad mundial de energía eólica aumento 20% en el año 2011 según el reporte publicado el 7 de Febrero de 2012 por el Concilio Global de Energía Eólica (GWEC Global Wind Engineering Council). La capacidad de energía eólica global instalada llegó a los 238 GW. Que es energía suficiente para abastecer 200 millones de viviendas1. China sigue siendo el líder en capacidad instalada de energía de viento con 63 GW aportando el 26.3 por ciento del total mundial. En segundo lugar están los Estados Unidos con 47 GW seguido por Alemania con 29 GW y el cuarto lugar lo tiene España con 21.6 GW. Latinoamérica y el Caribe cuentan con una capacidad de energía eólica instalada de 3.2 GW. Los países Latinoamericanos que actualmente se encuentran en el mercado de energía generada por viento son México, Honduras, Nicaragua, Costa Rica, Colombia, Ecuador, Brasil, Perú, Chile y Argentina. En el Caribe se encuentran, Republica Dominicana, Jamaica, Cuba, Curasao, Aruba, Dominica, Guadalupe, Martinica y Bonaire. Brasil el país latinoamericano a la vanguardia y cuenta con 1.5 GW de capacidad eólica instalada. Brasil instaló 583 MW en el año 2011, 48 por ciento de todas las nuevas instalaciones de energía eólica en Latinoamérica y el Caribe. México también mostró aumentos importantes en 2011 aumentando su capacidad eólica instalada en un 68 por ciento, llegando a 873 MW. Argentina aumentó su capacidad sumando 79 MW nuevos llegando a 130 MW. Honduras también se unió al mercado de energía eólica con 102 MW. Brasil continúa creciendo en el mercado de energía eólica con la construcción en progreso del Complejo Eólico Corredor do Senandes, en el estado de Río Grande do Sul. Este complejo estará formado por cuatro parques eólicos que totalizan 117 MW de potencia instalada. La inversión total del emprendimiento es de R$380 millones y tiene inicio de operación previsto para 2014. Odebrecht Energía además cuenta con otros 16 parques eólicos que serán implantados en el futuro cercano que totalizan 365 MW. Con la creciente preocupación por la seguridad global de energía, la energía generada por el viento está tomando una posición importante en la nueva economía de la energía. Los aerogeneradores no necesitan combustibles por lo tanto no producen emisiones dañinas para el medio ambiente y frente a los recursos finitos de las energías fósiles, la energía generada por el viento ofrece un potencial ilimitado. Según la Asociación Latinoamericana de Energía Eólica (LAWEA) si el viento se aprovechara en su totalidad sería suficiente para abastecer cinco veces la necesidad energética mundial anual.

4.1.3. Situación actual de la energía eólica en el Perú En septiembre del 2014 se inauguró el parque eólico más grande de Perú, compuesto por 62 aerogeneradores ubicados en la costa norte del país (La Libertad y Piura). Entrevista a Urphy Vásquez, miembro directivo y coordinadora del Área de Investigación y Proyectos del Instituto de Ciencias de la Naturaleza, Territorio y Energías Renovables de la PUCP. Durante la Convención Marco de las Naciones Unidas sobre el Cambio Climático (COP 20), realizada en Lima el último diciembre, el Ministerio de Energía y Minas anunció que los principales objetivos del Plan Energético Nacional 2014 – 2025 son duplicar la producción de energías renovables hidroeléctricas para el 2022, alcanzar el 5% de participación de las energías renovables no convencionales para el 2018 y llegar al 100% de cobertura eléctrica nacional para el 2025 con el empleo de fuentes renovables. Energía limpia y productiva “Perú tiene un gran potencial para desarrollar energías renovable”, afirma Vásquez. Tenemos buenas velocidades de viento (entre 8 y 10 metros por segundo) y un promedio de energía solar de 5’5 kilovatios por hora por metro cuadrado. Por nuestra compleja geografía, cada región podría especializarse en una rama diferente: en el norte, la energía eólica; en el sur; la energía solar; en la sierra, la energía solar, hidráulica y de biomasa; y en la selva, la energía hidráulica y de biomasa.

Figura N° 4: Aerogenerador en el norte del País, 2014

Vásquez explica que, en el contexto nacional, se debe tomar a las energías renovables no solo como fuentes de energía limpia, que contrarrestan los efectos del cambio climático y la contaminación, sino también como herramientas que contribuyen a resolver problemas sociales y a desarrollar mecanismos productivos. Por ejemplo, la energía solar térmica está siendo empleada en diferentes etapas de la producción del café, como la calefacción, el secado y el tostado. “A través del INTE-PUCP y del GRUPO-PUCP, la Universidad trabaja estos temas desde hace 30 años, antes de que se hablara del cambio climático. Aquí hemos elaborado muchísimos proyectos orientados a la energización, la mejora de la calidad de vida y la preservación del medioambiente. Ahora estamos enfocados a proyectos que satisfagan las necesidades productivas de poblaciones vulnerables”, recuerda la especialista. “Se han instalado los primeros parques fotovoltaicos y eólicos, así como las primeras plantas para el tratamiento de biomasa (biodigestores). Sin embargo, aún no se visibilizan en la matriz energética porque sus porcentajes son muy bajos”, precisa Vásquez. El MINEM espera que, para el 2016, la participación de la energía eólica y solar alcance el 5 por ciento. El turno de las energías renovables En septiembre del 2014 se inauguró el parque eólico más grande de Perú, compuesto por 62 aerogeneradores ubicados en la costa norte del país (La Libertad y Piura). Estos grandes molinos transforman la energía eólica en energía eléctrica y cuentan con una capacidad total de 114 megavatios, que alimentan al Sistema Eléctrico Interconectado Nacional (SEIN). Estas iniciativas forman parte del Programa de Recursos Energéticos Renovables de Perú (RER), que promueve la generación de electricidad a través de licitaciones convocadas por el Ministerio de Energía y Minas, y que permiten que empresas privadas inviertan fuertes sumas de dinero en la construcción de plantas, a cambio de un acuerdo de compra de energía por un periodo determinado. A la fecha, Perú ha adjudicado 52 proyectos hidroeléctricos, eólicos, solares, de biomasa y de biogás (23 están operativos y 29 se encuentran en construcción), que suman más de 800 megavatios. “Las licitaciones son el primer gran paso para poder empezar a trabajar con energías renovables. La idea es que estos proyectos

se expandan, que su uso se generalice y que cada vez tengamos más plantas solares, eólicas o biodigestores”, afirma la coordinadora. De momento, las únicas empresas que cuentan con la capacidad técnica y gestora para implementarlos son empresas privadas extranjeras. El reto, apunta Vásquez, es cómo lograr que exista una transferencia tecnológica apropiada a las empresas nacionales que están comenzando a abordar este tema. 4.2.

Especificaciones técnicas 4.2.1. Palas

No a la construcción de grandes máquinas con un número par de palas, siendo la razón más importante la estabilidad de la turbina. Elaboramos los aerogeneradores con tres palas Tipo B52 Longitud: 50 m Peso/unidad: 14.000 kg/unidad 4.2.2. Rotor Diámetro 148 m Longitud: 15 metros Velocidad del rotor 6.95 – 18 rpm Altura: 8 metros Peso: 150,000 kg aprox. Regulación de potencia regulación de paso con velocidad variable 4.2.3. Freno aerodinámico Tipo: Paso de extensión completa Activación: activo, hidráulico 4.2.4. Sistema de transmisión Tipo de multiplicador: helicoidal de 3 etapas Filtrado de aceite: En línea y fuera de línea Refrigeración: De aceite independiente Capacidad de aceite: 1000 L 4.2.5. Freno mecánico Tipo: Freno de disco hidráulico 4.2.6. Generador Tipo: asíncrono Potencia nominal: 800 kW

Tensión: 660 V Sistema de refrigeración: intercambiador de calor integrado 4.2.7. Torre Tipo: tubular cilíndrica y/o cónica Altura del buje: 80 m o específico del emplazamiento 4.2.8. Cimentaciones Para una potencia de aerogenerador de 8MW las dimensiones de cimentación aproximadas serían: Mediante Método de Guerchet • Superficie: 191,871 m2 • Profundidad: 2.5 metros • Volumen de excavación: 479,678 m3 4.2.9. Limitación de velocidad 6.94 m/s 5. Emplazamiento: delimitación y descripción Para la mejor alternativa de ubicación para nuestra planta eólica, lo logramos determinarlo mediante el Método Heurística de Ardalán. Siendo el destino objetivo, la Ciudad de Santa Rosa. Distrito: Pueblo Nuevo, Provincia: Chepén, Región: La Libertad; Ubigeo: 130403; Latitud Sur: 7° 9’ 46.4’’ S (-7.16288452000); Longitud Oeste: 79° 33’ 9.5’’ W (-79.55263915000); Altitud: 66 msnm

6. Planteamiento de soluciones alternativas y justificación de la adoptada En una vasta gama de energías renovables (eólica, solar, mareomotriz, geotérmica, gas y petróleo) como opciones muy aceptables para la generación de energía eléctrica, evaluamos y consideramos que la mejor y recomendada alternativa es la energía eléctrica aerogenerada. Justificamos este proyecto por medio de un análisis económico en el factor de reducción de los niveles de emisión GEI (gas de efecto invernadero) que se produce al generar energía eléctrica. Así es como las hidroeléctricas se colocan en ventaja en relación a las termoeléctricas, ya que estás últimas tienen niveles de emisión GEI más altos, es cierto que las hidroeléctricas no requieren de combustibles fósiles y no generan directamente GEI durante su operación, pero si producen durante la fase de la construcción del proyecto. Por otro lado, las generadoras termoeléctricas producen energía eléctrica a partir de la quema de combustibles fósiles como el petróleo, el gas natural o el carbón. Durante los estudios necesarios y evaluaciones, es que determinamos que por excelencia, independientemente de las condiciones ambientales, es la energía solar, pero ahora considerando las condiciones ambientales de cada región de nuestro país, es que difieren al seleccionar la mejor forma de obtención de energía. Como ya por estudios anteriormente hechos, esta es relación de que cómo varía la elección de las diferentes alternativas: Norte: Energía eólica Sur: Energía solar Sierra: Energía solar, hidráulica y biomasa Selva: Energía hidráulica y biomasa Teniendo como base esas circunstancia y aspectos, y como nos ubicamos en el norte del país, nuestra primera alternativa capaz de ser rentable y opción primordial es la energía eólica.

7. Identificación de las variables Variable independiente Expediente técnico 7.1.

Variable dependiente Costos

Operacionalización de las variables Tabla N° 01: Operacionalización de las variables

Variables

Expediente técnico

Costos

Definición Conceptual

Definición Operacional

Conjunto de documentos, de procedimientos de carácter judicial o administrativo que lleva un cierto orden.

Archivo que adjunta los procesos para la ejecución, evaluación de la viabilidad del proyecto con las especificaciones técnicas requeridas

Es el gasto económico que representa la fabricación de un producto o la prestación de un servicio

Gastos que representa a las familias por el consumo energético eléctrico de sus hogares

Fuente: Elaboración propia

Indicadores TIR (r%) Ingeniería económica

Pay back (Pp) VAN

Total de costos

Fórmula

Escala de medición

𝐹𝑛 −𝐼𝑜 + ∑ ( )=0 (1 + 𝑟)𝑛 𝑃𝑝 = (𝑃𝑒𝑟𝑖𝑜𝑑𝑜𝑛 𝑐𝑜𝑛 𝑓𝑙𝑢𝑗𝑜 𝑛𝑒𝑔𝑎𝑡𝑖𝑣𝑜) 𝑎𝑏𝑠(𝑓𝑙𝑢𝑗𝑜𝑛 𝑐𝑜𝑛 𝑓𝑙𝑢𝑗𝑜 𝑛𝑒𝑔𝑎𝑡𝑖𝑣𝑜) +( ) 𝑓𝑙𝑢𝑗𝑜 𝑑𝑒 𝑐𝑎𝑗𝑎𝑛+1 𝐹𝑛 𝑉𝑅 𝑉𝐴𝑁 = −𝐼𝑜 + ∑ ( ) + (1 + 𝑖)𝑛 (1 + 𝑖)𝑛

𝐶𝑇 = (𝐶𝑈 𝑑𝑒 𝐾𝑊ℎ) ∗ (𝑇𝑜𝑡𝑎𝑙 𝑑𝑒 𝐾𝑊ℎ 𝑐𝑜𝑛𝑠𝑢𝑚𝑖𝑑𝑜𝑠)

razón

ordinal

8. Diseño de contrastación (Diseño experimental) 8.1. Diseño General Diseño general deductivo Experimental: Pre experimental: Pre prueba y post prueba

Modelo Lógico G ------- 01 ------- X -------- 02 Donde: G:

Parque Eólico de 8MW

01:

Costos por consumo de energía eléctrica tradicional 2016

X:

Aplicación de un proyecto de inversión de aerogeneradores mediante un expediente técnico

02:

Costos por consumo aerogenerada 2017

de

energía

eléctrica

8.2. Diseño de la información 8.2.1. Población La población está dada por los costos de consumo de energía eléctrica tradicional 8.2.2. Muestra Los costos de consumo de energía eléctrica tradicional en 2016

8.2.2.1.

Muestreo Se ha utilizado la técnica del muestreo para poder determinar a cuántas viviendas tendremos que entrevistar y hacer los cuestionarios necesarios. (Anexo N° 01) El tipo de muestreo será no probabilístico por conveniencia a una determinada región.

Técnicas de Recopilación de información

Tabla N° 2: Técnicas de recopilación de información Variable

Técnica

Expediente técnico

 Investigación bibliográfica

Costos

 Entrevista  Cuestionario

Instrumento  Fichas bibliográficas (Anexo N° 02)

 Guía de entrevista (Anexo N° 03)  Guía de cuestionario (Anexo N° 04)

Fuente Bibliotecas físicas y virtuales

Municipalidad y ciudadanos de la localidad objetivo

Técnicas de procesamiento de información

 Diagrama de gantt: muestra el origen y final de las diferentes unidades mínimas de trabajo y los grupos de tarea.  QFD (Quality Function Deployment): o casa de calidad, es una representación gráfica para el diseño para la Calidad que busca focalizar el diseño de los productos y servicios y cómo éstos se alinean con las necesidades de los clientes.

9. Descripción de la solución adoptada. Proceso de fabricación 9.1.

Metraje de un aerogenerador (Dibujo técnico)

9.2.

Proceso de montaje del aerogenerador

Rueda del rotor Góndola

Sistema de orientación

Escalera de acceso

Rueda del rotor

Conexión a la red eléctrica Torre

Cimientos

9.3.

Proceso de fabricación (ensamble)

9.3.1. Góndola a. ENSAMBLAJE DEL BASTIDOR

Ensamblado el sistema de giro con sus motores de orientación, columnas y grupo hidráulico, y una vez superado el test de giro, se ensambla el conjunto con el bastidor trasero. A continuación, se colocan las vigas rail, el polipasto de servicio y se cablea el armario de control.

b. ENSAMBLAJE DE LA MULTIPLICADORA

Se coloca el conjunto de la nacelle dentro de la carcasa inferior y se ensamblan el transformador de potencia y el subconjunto eje principal/multiplicadora.

c. ENSAMBLAJE DEL GENERADOR El proceso continúa con el ensamblaje y alineado del generador y la conexión eléctrica de todos los componentes al armario de control. Una vez conexionados, se somete a la nacelle a una completa verificación final, simulando su funcionamiento en el parque eólico.

d. GENERADOR DE LA CARCASA

Superado con éxito el test de verificación de la nacelle, se ensambla la carcasa superior, y la nacelle se encuentra lista para ser enviada al parque eólico que corresponda

e. MULTIPLICADORA DE 8MW Se compone de tres etapas combinadas, una planetaria y dos de ejes helicoidales paralelos. La relación de multiplicación en las turbinas de 8,0 MW es 1:100,5 para máquinas de 150 Hz y 1:120,5 para máquinas de 160 Hz.

f. GENERADOR DE 8MW Generador eléctrico de 8 MW de potencia nominal, altamente eficiente, de 9 polos, doblemente alimentado con rotor devanado y anillos rozantes. El rango de velocidad de giro es de 1900 2.900 rpm. Con una velocidad nominal de 2.680 rpm. La tensión de salida es de 1690 V AC.

9.3.2. Torres a. Recepción y control de calidad de planchas de acero

Los cilindros que componen la torre de un aerogenerador parten de unas láminas de chapa oxicortada e imprimada.

b. Curvado Estas láminas son introducidas en una máquina con tres grandes rodillos que van conformando las virolas.

c. Soldado

Las virolas se sueldan por arco sumergido hasta formar secciones de diferente longitud

d. Granallado, pintado y secado La estructura se introduce en el túnel de pintado y secado. Terminada la torre en chapa, se procede al tratamiento superficial, que consiste en un granallado con doble acero y un recubrimiento de tres capas de pintura, consiguiendo una protección C-5.

e. Ensamblaje de elementos similares

Una vez la torre está seca, se procede al montaje de todos los elementos de servicio, tales como plataformas y escaleras.

9.3.3. Tramos En función del modelo y de la altura requerida (de 14 a 29 metros), los tramos pueden estar formados por un número de virolas que va de 4 a 12.

9.3.4. Palas Las palas que se incorporaran en los aerogeneradores son de diseño y fabricación propia e incluyen la aplicación de las más modernas tecnologías, como la utilización de componentes en fibra de carbono en los modelos G87-2,0 MW y G90-2,0 MW, además de la pala seccionada en la plataforma de 8MW.

a. Fabricación de la viga

Tomando como base materiales compuestos por fibra de vidrio y fibra de carbono, preimpregnados con resina epoxi, se cortan distintas telas que se colocan en un molde y posteriormente se someten a un proceso de curado.

b. Fabricación de conchas Tras aplicar una capa de pintura que servirá como protección de la pala, la fibra de vidrio es utilizada para la fabricación de las conchas, siguiendo el mismo proceso de fabricación que la viga.

c. Ensamblaje Una vez obtenidas las dos conchas, se procede al ensamblaje y pegado de la viga entre las dos conchas.

d. Curado El conjunto ensamblado pasa nuevamente por el horno hasta formar una unidad compacta.

e. Desbastado y pulido

Desmoldado el conjunto que constituye la pala, se pasa a la zona de acabado, donde se terminarán los bordes de ataque y salida de la pala, y se realizará una última revisión de ésta.

9.3.5. Montaje Para el transporte se requerirá de un transporte especializado para trasladar los aerogeneradores al parque eólico propuesto. Estos medios facilitan el acceso a cualquier terreno, incluso a los más complejos, con el menor impacto ambiental. Una vez en destino, un experimentado equipo humano realiza el montaje de las turbinas. Finalmente se llevara a cabo la fase de puesta en marcha y realizar la operación y mantenimiento a lo largo de la da operativa de los aerogeneradores. 9.3.6. Obra civil y cimentación Previo al transporte y el montaje del aerogenerador, se realizan tareas de adecuación del terreno, tales como el hormigonado y la construcción de la plataforma de montaje, la cual requiere una compactación adecuada para soportar pesos de unos 4kg/cm2. a. Montaje de la torre Los tramos de torre se colocan uno encima de otro mediante grúas de celosía. Éstas pueden ser de oruga o de gatos hidráulicos. Las de oruga, con anchos entre 8,5 y 10 m., pueden cambiar de posición fácilmente. Las de gatos, con 5 m. de ancho, son aptas para trabajar en terrenos difíciles por su estrechez. Una vez colocados los tramos, el personal de campo une y ensambla las piezas. La ubicación y la altura del aerogenerador son estudiadas previamente para garantizar el máximo aprovechamiento del viento.

b. Montaje de la nacelle Una vez montada la torre se procede a la instalación de la nacelle, la cual se acopla al último tramo de la torre. En paralelo al montaje del aerogenerador se procede a la conexión eléctrica de todos los componentes.

c. Montaje del rotor

El montaje puede realizarse en tierra, acoplando las tres palas al buje, o bien pala a pala. Este último método requiere menor espacio de maniobra y permite que el montaje se haga con más rapidez. Una vez que la nacelle está instalada, se suben el buje y el cono y después se elevan las palas, horizontalmente, una a una.

9.4.

Transporte y distribución de la energía eléctrica

MC3

 Regulador de carga CC/CC - Sistema de advertencia de desconexión de baja tensión - Puntos de ajuste regulables (desconexión automática por baja y alta tensión) - Regula tensiones e intensidades de carga de la batería.  Controlador principal - Recopila información sobre la velocidad, la forma lógica de la dirección y desplazamiento  Inversor dual - Crean una señal senoidal pura de 220V corriente alterna pura a partir de la generación de los aerogeneradores. - Corriente alterna senoidal es más fácil para transportar a los largo de grandes distancias que la corriente continua. También es más fácil convertir la energía entre distintos valores de tensión, ya sea aumentándolos o disminuyéndolos, a través de transformadores.  CVM Mini (analizador de redes de compacto) - Analizador de redes eléctricas trifásicas desequilibradas). 9.5.

(equilibradas

y

La casa de calidad Esta herramienta permite la documentación formal del proceso lógico a través de la superposición de matrices donde se traducen las necesidades de los clientes en características específicas. También permite entre otras cosas entender mejor las prioridades de los clientes y buscar cómo responder de forma innovadora a dichas necesidades. QFD o Casa de Calidad

9.6.

Hojas de ruta Es un plan que establece a grandes rasgos la secuencia de pasos para alcanzar un objetivo. Se especifican tiempo y recursos necesarios. Puede entenderse como un plan de acción a largo plazo y general que acerca los objetivos más intangibles y alcanzables.

9.6.1. Hoja de ruta del aerogenerador Mostrará los pasos y el tiempo para llegar a la meta de poder ensamblar y realizar el montaje de un aerogenerador. Hoja de ruta del aerogenerador

Adicionalmente a la hoja de ruta, convenientemente trabajos un diagrama de Gantt, para permitir visualizar con mayor distinción el tiempo necesario para cada parte del ensamblado. Diagrama de Gantt de ensamblado y montaje 9.6.2. Hoja de ruta del servicio brindado Mostrará los pasos y el tiempo para llegar a la meta de poder brindar el suministro de la energía eléctrica aerogenerada a los hogares. Hoja de ruta del servicio De la misma forma, agregamos a la presente hoja de ruta del servicio, un diagrama de Gantt con el mismo objetivo, de apreciar el tiempo requerido para el suministro del servicio eléctrico. Diagrama de Gantt para el suministro del servicio eléctrico

9.7.

Diagrama de procesos del ensamble Vamos a mostrar la secuencia cronológica de todas las operaciones, inspecciones, para el proceso de ensamblaje del aerogenerador. La gráfica muestra la entrada de todos los componentes y sub-ensambles al ensamble principal. Diagrama de operaciones de ensamble

9.8.

Diagrama de flujo de suministrar el servicio Es la forma en que los materiales fluyen a lo largo de distintas etapas, departamentos, donde se administra correcta y eficientemente desde la obtención de la energía hasta el consumidor final, participando las etapas de generación, manipulación y distribución. Diagrama de flujo de suministrar el servicio

9.9.

Tecnología usada para el proyecto

La energía eólica es, desde hace años, una tecnología madura, demandada en todos los países del mundo, y que ha experimentado un crecimiento ordenado, progresivo y previsible. La eólica es la energía renovable más sólida y eficaz para dar respuesta a una creciente demanda energética, ante el previsible agotamiento de los recursos energéticos tradicionales (fósiles) y no renovables. Además, es garantía de competitividad, ya que, en la mayor parte de países.

La energía eólica, aunque tiene características en común con el resto de energías renovables evita emisiones de CO2, es un recurso inagotable y reduce la vulnerabilidad energética de los países, sin embargo, mantiene notables diferencias frente al resto de renovables. Estas diferencias se basan en dos conceptos: su carácter industrial, ya que existe un sector industrial nacional y de tecnología propia, mayores períodos de maduración 8 años para la promoción de un parque y mayores niveles de inversión; y el ser una tecnología madura, con una curva de aprendizaje tecnológico desarrollada, que permite conseguir precios competitivos. 9.9.1. Factores de crecimiento Existen cinco factores que impulsarán el crecimiento a medio y largo plazo del sector eólico:  El compromiso de países y gobiernos del mundo por seguir contribuyendo a un desarrollo socio-económico sostenible e integrador, capaz de crear un tejido industrial estable, empleo y promover la integración territorial y social.  Incremento de la demanda eléctrica en el mundo. La menor demanda eólica de mercados maduros como Europa o Estados Unidos se verá compensada por el crecimiento de mercados emergentes en Asia, Latinoamérica o África.  Independencia energética.  Incremento del costes de los combustibles fósiles.  Incremento de la competitividad de la energía eólica. Estas fortalezas sugieren que el Coste de Energía de un parque promedio será competitivo con el carbón, gas y la energía nuclear en 2016, según Bloomberg Energy Finance. Los avances en el diseño de los aerogeneradores han mejorado la curva de potencia, lo que, sumado al desarrollo de rotores más altos, ha permitido aumentar los factores de carga en casi un 50%, hasta un promedio actual de un 34%. De hecho, las últimas subastas de nueva capacidad celebradas en países como Brasil y Perú demuestran que la energía eólica ya es competitiva con el gas para aquellos parques que cuentan con factores de carga muy elevados. 9.9.2. Costos unitarios de un parque eólico ¿Cuánto cuesta la instalación de un kW en un parque eólico? La turbina constituye el elemento más costoso de los parques eólicos. Como se señaló anteriormente, su costo oscila entre 64 y 85%. Ello depende, entre otros factores, de la madurez de la industria eólica en el país productor de la turbina y de las especificidades del proyecto, ya que mientras más resistentes sean las turbinas solicitadas, más costosas son. Los componentes más caros son la torre, las palas y la caja multiplicadora, los cuales alcanzan alrededor de la mitad del costo total de la turbina (con valores

aproximados de 26, 22 y 12%, respectivamente). El generador, transformador y convertidor llegan a 13% del costo del aerogenerador. Para que se tenga una idea de cómo los precios dependen de estos factores, veamos los precios en USD/kW de las turbinas eólicas en tres países de diferentes continentes, y con diversos grados de desarrollo (Tabla 3).

Tabla N° 3 Precios de las turbinas eólicas en tres países (USD/kW)

Los costos de conexión a la red dependen, entre otros factores, de si el parque va a ser conectado a una red de transmisión, o de distribución. En el primer caso, los costos se incrementan debido a la tecnología de la transformación. Si la red eléctrica no está muy alejada del parque eólico, la conexión usual es la de corriente alterna de alta tensión. Si las distancias son mayores de 50 km, se estima que emplear corriente directa de alto voltaje es la solución más económica. Los costos de conexión a la red varían de un país a otro. En los parques eólicos terrestres los costos se mueven entre 11 y 14% del costo total de inversión. Los costos de las obras civiles y la construcción incluyen la transportación y la instalación de la turbina y la torre, además de la construcción de la cimentación y los caminos de acceso, y otros costos relacionados con la infraestructura del parque eólico. A pesar del aumento del tamaño de los

aerogeneradores, y su correspondiente encarecimiento, los costos de transportación e instalación no han crecido en la misma proporción. La construcción de medios de transporte e izaje diseñados específicamente para instalar aerogeneradores, ha reducido los tiempos y costos de instalación.

El costo de la potencia instalada en los últimos años se encuentra, mayoritariamente, en el rango de 1 700 y 1 250 USD/kW para parques eólicos terrestres en países desarrollados. En el 2010, los costos de instalación en China se encontraban entre los más bajos del mundo, junto con Dinamarca, entre 1 300 y 1 384 USD/kW. En los Estados Unidos, estos costos alcanzaron los 2 154 USD/kW, y en Japón rebasaron los 3 000 USD/kW (Tabla 4). Tabla N° 4 Costo de la potencia instalada en el 2010 en varios países

Los costos de la potencia instalada varían en dependencia del país y el proyecto, según los costos de las turbinas, de las condiciones del sitio de instalación, del grado de madurez de la industria eólica local y del desarrollo de la economía del país donde está siendo ejecutado, en lo cual influye la mano de obra y el grado de satisfacción de las necesidades tecnológicas requeridas (por ejemplo, poseer las grúas y los medios de transporte requeridos), entre otros. En resumen, un parque de 50 MW instalado en China o en Dinamarca pudiera costar unos 70 000 000 USD y en los Estados Unidos, más de 100 000 000 USD (Tabla 5). Tabla N° 5 Costo de la potencia instalada de un parque de 50 MW en varios países

9.9.3. Costos de la generación de la electricidad

Para comparar la viabilidad económica de un parque eólico con respecto a los

sistemas tradicionales (térmico, solar, hidráulico), el costo de la inversión no es lo que decide sino los costos de generación de electricidad. El costo de generación de electricidad de un parque eólico viene dado por la suma de todos los costos del parque eólico a lo largo de su vida útil, que incluyen los flujos financieros cada año.

En este análisis, los costos principales son los de inversión, los de operación y mantenimiento, y la producción anual de electricidad esperada. Además de estos, se suman los costos de los terrenos, gestión, administración, seguros, impuestos y los costos financieros. La producción anual de electricidad es muy sensible a la velocidad media anual del viento, de aquí la importancia de realizar una evaluación cuidadosa del potencial eólico de los emplazamientos planificados, y de utilizar torres a la mayor altura posible, lo que está limitado por el costo de la torre según la altura.

De acuerdo a diferentes estudios realizados en el 2010, los costos de generación de la electricidad en parques eólicos están por debajo de los 0,07 USD/kWh como promedio en la mayoría de los proyectos en zonas con viento favorable calculados para 20 años de vida útil, y la recuperación de la inversión no rebasa los 9 años de acuerdo con los altos precios del petróleo. Estos costos del kWh son comparables con los costos promedio estimados de producción de electricidad con carbón (0,067 USD/kWh), o con gas (0,056 USD/kWh), siendo más favorable esta comparación cuando se trata de los costos de producción con petróleo, según Irena Working Paper 2012.

9.9.4. Reducción de los costos de inversión

Como se ha señalado, los aspectos claves que influyen en los costos de los proyectos de parques eólicos son los costos de las turbinas eólicas o aerogeneradores, las cimentaciones, la conexión a la red, la instalación y los gastos de planificación y gestión. En el mundo se le presta mucha atención a los costos de la turbina eólica en sus diferentes componentes: torre, palas o aspas, caja multiplicadora y otros componentes tales como generador, sistemas de control, transformador y convertidor. La fabricación de torres puede ser un renglón importante de ahorro, ya que constituyen más de 20% de la inversión y existen varias fábricas con condiciones para producirlas. Este alto costo se ve incrementado por los costos de los fletes marítimos y los seguros. El ensamblaje de elementos tales como las góndolas reduciría los costos, ya que al adquirir sus componentes los costos por fletes marinos se verían disminuidos debido a su gran volumen y peso, y por supuesto por la mano de obra. Igualmente pudiera pensarse en la fabricación de componentes propios de la industria mecánica, como el chasis o bastidor.

La sustitución de contrataciones de personal técnico extranjero especializado por profesionales y técnicos bien preparados y experimentados, es otro elemento a tener en cuenta para atenuar los costos de inversión. Acelerar el proceso de instalación y conexión a la red reduciría el tiempo desde la llegada de los aerogeneradores a al parque eólico hasta su puesta en marcha, lo que también aportaría un ahorro considerable.

9.10. Distribución de planta Está relacionado con la disposición de máquinas, departamentos, estaciones de trabajo, áreas, pasillos, espacios comunes dentro de una instalación productiva. El objetivo principal es organizar estos elementos de manera que se asegure la fluidez del flujo de trabajo, materiales, personas e información a través del sistema productivo. 9.10.1. Parcial Nos va a permitir organizar las áreas del ensamblado y montaje de manera más correcta, logrando así minimización de pérdidas de tiempo. Distribución de planta parcial 9.10.2. General De la forma semejante, nos enfoca a administrar las estaciones que están presentes en el proceso, desde la generación hasta la distribución. Distribución de planta general 9.11. Diagrama de recorrido del proceso de ensamble y montaje del aerogenerador Es una especie de forma tabular del diagrama de cordel, usándose a menudo para el manejo de equipo, en su distribución y transporte. Diagrama de recorrido 9.12. Diagrama de hilos del ensamblaje y montaje del aerogenerador Es un plano o modelo a escala en que se sigue y mide con un hilo el trayecto de los trabajadores, de los materiales necesarios y del equipo correspondiente durante una sucesión determinada de hechos. Diagrama de hilos para el ensamblaje y montaje del aerogenerador

9.13. Impacto Ambiental Objetivos  Predecir y prevenir las consecuencias que conlleva la instalación de un parque eólico sobre el medio natural  Identificar las acciones susceptibles de generar impactos en cada fase del proyecto  Identificar los elementos del medio natural que puedan verse afectados.  Identificar los elementos socioeconómicos afectados  Valorar cualitativa y cuantitativamente los impactos ambientales  Desarrollar medidas preventivas, correctoras y compensatorias.  Desarrollar un plan de vigilancia ambiental  Colaborar con el desarrollo sostenible de la zona en cuestión. Instalación de un parque eólico compuesto por 20 aerogeneradores de 8MW cada uno, ubicado ya determinado anteriormente en Santa Rosa. -

Generación eléctrica para conexión a red. Cumplimiento el Plan de Energías Renovables para el 2021 Contribución a la reducción de GEIs Desarrollo local

Impacto ambiental vendrá determinado por: -

Número y emplazamiento de los aerogeneradores Potencia instalada Tipo de aerogenerador número de pala, diámetro del rotor y la velocidad de giro Generación de residuosGeneración de empleo y desarrollo rural.

Se consideraran todas las fases del proyecto  Construcción  Ocupación del terreno  Despeje y desbroce  Uso de maquinaria pesada  Cimentación de aerogeneradores  Montaje de los aerogenerador, amplia o construcción de nuevos viales  Almacenamiento de materiales y residuos.  Explotación

    

Funcionamiento del parque Desmantelamiento Calificación de materiales Revaloración Restauración el terreno

La energía eólica es de las más limpias, renovables y abundantes, ya que los aerogeneradores eléctricos no producen emisiones contaminantes (atmosféricas, residuos, vertidos líquidos, entre otros) y no contribuyen, por lo tanto, al efecto invernadero ni a la acidificación. No obstante, también existen factores negativos, algunas de consecuencias medio ambientales son: 











El impacto visual. Mientras que un parque de pocos aerogeneradores puede hasta llegar a considerarse atractivo, una gran concentración de máquinas plantea problemas. Para evitarlo, se suelen utilizar colores adecuados, una cuidada ubicación de las instalaciones en la orografía del lugar y una precisa distribución de los aerogeneradores. El impacto sobre las aves. Se trata de un impacto potencial que, si bien no reviste gravedad en términos generales, depende principalmente de la ubicación del parque eólico. En aquellos parques en que se sitúen en áreas sensibles, puede ser minimizado a través de programas de vigilancia y seguimiento. La flora y la fauna. Una central eólica puede tener efectos directos en la modificación del hábitat existente en la zona y de algunos de los organismos que en él habitan, generando ruidos y movimientos que afectan el comportamiento de los animales. El efecto sonoro. Un aerogenerador produce un ruido similar al de cualquier otro equipamiento industrial de la misma potencia. La diferencia recae en que mientras los equipamientos convencionales se encuentran normalmente cerrados en edificios diseñados para minimizar su nivel sonoro, los aerogeneradores tienen que trabajar al aire libre y cuentan con un elemento transmisor de sonido: el propio viento. El impacto por erosión. Se producen principalmente por el movimiento de tierras durante la preparación de los accesos al parque eólico. Esta incidencia se puede reducir mediante estudios previos a su trazado. Las interferencias electromagnéticas. El gran tamaño de los aerogeneradores puede producir una interferencia en las ondas de radio, telefonía, televisión, etc. cuando las aspas están en movimiento.

10. Ingeniería de las obras e instalaciones 10.1. Fuente Eólica Todas las fuentes de energía renovables (excepto la mareomotriz y la geotérmica), e incluso la energía de los combustibles fósiles, provienen, en último término, del Sol. Las diferencias de temperatura conllevan la circulación de aire. Las regiones alrededor del ecuador, a 0º de latitud, son calentadas por el Sol más que las zonas del resto del globo. El aire caliente es más ligero que el aire frío, por lo que subirá hasta alcanzar una altura aproximada de 10 km y se extenderá hacia el norte y hacia el sur. Si el globo no rotase, el aire simplemente llegaría al Polo Norte y al Polo Sur, para posteriormente descender y volver al ecuador. Debido a la rotación del globo, cualquier movimiento en el hemisferio norte es desviado hacia la derecha, si se mira desde nuestra posición en el suelo (en el hemisferio sur es desviado hacia la izquierda). Esta aparente fuerza de curvatura es conocida como fuerza de Coriolis. En el hemisferio norte el viento tiende a girar en el sentido contrario al de las agujas del reloj (visto desde arriba) cuando se acerca a un área de bajas presiones. En el hemisferio sur el viento gira en el sentido de las agujas del reloj alrededor de áreas de bajas presiones. Un aerogenerador obtiene su potencia de entrada convirtiendo la fuerza del viento en un par (fuerza de giro) actuando sobre las palas del rotor. La cantidad de energía transferida al rotor por el viento depende de la densidad del aire, del área de barrido del rotor y de la velocidad del viento. 10.2. Naturaleza y clasificación del viento 10.2.1.

¿De dónde viene la energía eólica?

Todas las fuentes de energía renovables (excepto la maremotriz y la geotérmica), incluyendo la energía de los combustibles fósiles, provienen, en último término, del sol. La Tierra recibe 1,74x1014 kW de potencia del sol. Alrededor de un 1 a un 2% de la energía proveniente del sol es convertida en energía eólica. Esto supone una energía alrededor de 50 a 100 veces superior a la convertida en biomasa por todas las plantas de la tierra. Los vientos tienen distinto origen o naturaleza según la escala geográfica en la que varían: Variación a escala global, ~ 10.000 km (vientos geostróficos) Variación en la macroescala, ~ 1.000 km Variación en la mesoescala, ~ 100 km

Variación en la microescala, ~ 10 km

10.2.2.

Variabilidad del viento a corto plazo

La velocidad del viento está siempre fluctuando, por lo que el contenido energético del viento varía continuamente. De qué magnitud sea exactamente esa fluctuación depende tanto de las condiciones climáticas como de las condiciones de superficie locales y de los obstáculos. La producción de energía de una turbina eólica variará conforme varíe el viento, aunque las variaciones más rápidas serán hasta cierto punto compensadas por la inercia del rotor de la turbina eólica.

10.2.3.

Variaciones diurnas (noche y día) del viento

En la mayoría de las localizaciones del planeta, el viento sopla más fuerte durante el día que durante la noche. Esta variación se debe sobre todo a que las diferencias de temperatura, por ejemplo entre la superficie del mar y la superficie terrestre, son mayores durante el día que durante la noche. El viento presenta también más turbulencias y tiende a cambiar de dirección más rápidamente durante el día que durante la noche. Desde el punto de vista de los propietarios de los aerogeneradores, el hecho de que la mayor parte de la energía eólica se produzca durante el día es una ventaja, ya que el consumo de energía es mayor que durante la noche. Muchas compañías eléctricas pagan más por la electricidad producida durante las horas en las que hay picos de carga (cuando hay una falta de capacidad generadora barata).

10.2.4.

Densidad del aire

La energía cinética de un cuerpo en movimiento es proporcional a su masa (o peso). Así, la energía cinética del viento depende de la densidad del aire, es decir, de su masa por unidad de volumen. (Cuanto más pesado sea el aire, más energía recibirá la turbina). A presión atmosférica normal y a 15ºC el aire pesa unos 1225 kilogramos por metro cúbico, aunque la densidad disminuye ligeramente con el aumento de la humedad. Además, el aire es más denso cuando hace frío que cuando hace calor. A grandes altitudes (en las montañas) la presión del aire es más baja y el aire es menos denso.

10.2.5. Clasificación convencional del viento en función de su velocidad (español e inglés). A continuación estudiamos el origen del viento a distintas escalas geográficas

Según fuente: El comercio, la velocidad de la zona se calcula aproximadamente de 25 km/h, siendo así, que llega a ser de 6,94 m/s, entonces evaluado el suceso consideramos como un viento moderado.

10.3.

Potencia eólica

La potencia del viento nos da un primer límite para la potencia de un aerogenerador. Para calcularla, evaluamos la energía cinética (Ek) de la masa del aire (m) que atraviesa, por unidad de tiempo, la sección barrida por las palas (A).

Esquema del cilindro de aire que atraviesa el rotor en un tiempo t (disco), dónde el volumen es Vol = A*d

Como la masa de aire que atraviesa el área A en un tiempo t es: (donde V es la velocidad del viento), tenemos que:

10.3.1.

Variación de las características del viento con la altura

Los principales factores que influyen sobre la variación de la velocidad del viento con la altura son las turbulencias de origen mecánico y las de origen térmico. Las primeras son causadas por las irregularidades de la superficie del terreno (orografía, relieve, obstáculos y rugosidad) y las segundas por el gradiente vertical de temperatura del aire que provoca las corrientes convectivas en sentido vertical.

Cuando se consideran los efectos de las turbulencias de origen térmico, se distinguen tres tipos de atmósferas la estable, en la que la temperatura del aire aumenta con la altura por lo que tiende a amortiguar las perturbaciones; la inestable, en la que la temperatura disminuye con la altura, por lo que aparece un efecto amplificador sobre las perturbaciones, y la neutra en la que se supone temperatura constante y en consecuencia no se ejerce ningún efecto sobre la velocidad del aire. A medida que nos separamos del terreno, los efectos del rozamiento del mismo disminuyen y en consecuencia la velocidad del viento tiende a aumentar. Debido a ello, se tiene un gradiente o variación de la velocidad con la altura y se habla de perfil vertical de la velocidad del viento. Los problemas relacionados con el perfil vertical de la velocidad son dos:  El análisis de perfil vertical de las variaciones de la velocidad del viento a muy corto plazo (velocidad instantánea, por ejemplo la variación que puede sufrir el viento medio en intervalos de tiempo entre uno y diez minutos).  El análisis del perfil vertical de velocidades medias (medias mensuales, anuales, etc.) y la influencia de la altura en las distribuciones de frecuencia, en particular en la ley de distribución de Weibull. A pesar de que ambos aspectos están íntimamente relacionados, su tratamiento es distinto. Mientras que el primero se afronta desde la perspectiva de la mecánica de fluidos, aplicando una teoría similar a la capa límite turbulenta, el segundo se trata con métodos estadísticos y su estudio tiene un enfoque totalmente empírico. El primero de ellos afecta más a aspectos relacionados con la micrometeorología y requiere técnicas de medición y métodos físico-matemáticos de análisis de una cierta sofisticación. El segundo presenta mayor interés para aplicaciones energéticas, y además se dispone de información experimental que pueda ser extrapolada, dentro de unos ciertos límites, a cualquier lugar.

10.3.2. Variación de la velocidad con la altura: Rugosidad del terreno En las capas próximas al suelo, la velocidad del viento disminuye, produciéndose un efecto de cizallamiento del viento. La variación o gradiente de velocidad con respecto a la altura depende esencialmente de la rugosidad del terreno. Superficies lisas, como superficies de agua, terrenos llanos sin arbolado o llanuras nevadas, producen un gradiente suave, al contrario que las superficies de gran rugosidad, como edificaciones urbanas, terrenos muy irregulares o superficies boscosas. Para caracterizar las condiciones de un terreno, se define el parámetro z0, denominado longitud de rugosidad, como la altura respecto al nivel del suelo expresado en metros, donde la velocidad del viento es nula. De esta forma, una superficie lisa, por ejemplo un lago presenta una longitud de rugosidad muy pequeña (prácticamente la velocidad se puede suponer nula en la propia

superficie del agua), mientras que un terreno boscoso o con edificios presenta un valor elevado (la velocidad del viento se hará nula en una zona próxima a la superficie de las copas de los árboles.

10.3.3.

Relación de rugosidad y la altura

10.3.3.1. Rugosidad Una superficie muy rugosa como un bosque o una aglomeración de casas causará turbulencias y frenará el viento, mientras que otra muy lisa como el mar o las pistas de un aeropuerto favorecerá el desplazamiento del aire. 5.2.3.2 Altura Si el terreno es rugoso, se necesitarán aerogeneradores de mayor altura para alcanzar la misma dirección de viento que en otros emplazamientos más lisos.

El aumento de la velocidad del viento en función de la altura, en terrenos no demasiados complejos, puede evaluarse mediante la siguiente expresión:

10.4. Descripción de aerogeneradores

10.4.1.

Góndola

Contiene los componentes clave del aerogenerador, incluyendo el multiplicador y el generador eléctrico. El personal del servicio puede entrar en la góndola desde la torre de la turbina. A la izquierda de la góndola tenemos el rotor del aerogenerador, es decir, las palas y el buge. 10.4.2.

Buje del rotor

Está acoplado al eje de baja velocidad del aerogenerador. 10.4.3.

Palas del rotor

Capturan el viento y transmiten su potencia hacia el buje. En un aerogenerador moderno de 1000 kW cada pala mide alrededor de 27 metros de longitud y su diseño es muy parecido al del ala de un avión.

10.4.4.

Eje de baja velocidad del aerogenerador

Conecta el buje del rotor al multiplicador. En un aerogenerador moderno de 600 kW el rotor gira bastante lentamente, de unas 19 a 30 revoluciones por minuto (r.p.m.). El eje contiene conductos del sistema hidráulico para permitir el funcionamiento de los frenos aerodinámicos. 10.4.5.

Eje de alta velocidad

Gira aproximadamente a 1500 revoluciones por minuto (r.p.m.) lo que permite el funcionamiento del generador eléctrico. Está equipado con un freno de disco mecánico de emergencia. El freno mecánico se utiliza en caso de fallo del freno aerodinámico, o durante las laborales de mantenimiento de la turbina. 10.4.6.

Multiplicador

Tiene a su izquierda el eje de baja de velocidad. Permite que el eje de alta velocidad que está a su derecha gira 50 veces más rápidamente que el eje de baja velocidad. 10.4.7.

Generador eléctrico

Suele llamarse generador asíncrono o de inducción. En un aerogenerador moderno la potencia máxima suele estar entre 500 y 3000 kilovatios (kW).

10.4.8. Mecanismo orientación

de

Activado por el controlador electrónico, que vigila la dirección del viento utilizando la veleta. El dibujo muestra la orientación de la turbina. Normalmente, la turbina solo se orienta unos pocos grados cada vez, cuando el viento cambia de dirección.

10.4.9.

Controlador electrónico

Tiene un ordenador que continuamente monitoriza las condiciones del aerogenerador y que controla el mecanismo de orientación. En caso de cualquier disfunción (por ejemplo, un sobrecalentamiento en el multiplicador o en el generador), automáticamente para el aerogenerador y llama al ordenador del operario encargado de la turbina a través de un enlace telefónico mediante módem. 10.4.10.

Sistema hidráulico

Utilizado para restaurar los frenos aerodinámicos del aerogenerador . 10.4.11. Unidad de refrigeración Contiene un ventilador eléctrico utilizado para enfriar el generador eléctrico. Además contiene una unidad de refrigeración del aceite empleado para enfriar el aceite del multiplicador. Algunas turbinas tienen generadores enfriado por agua. 10.4.12.

Anemómetro y la veleta

Se utilizan para medir la velocidad y la dirección del viento. Las señales electrónicas del anemómetro son utilizadas por el controlador electrónico del aerogenerador para para conectar el aerogenerador cuando el viento alcanza aproximadamente 5 metros por segundo. El ordenador parara el aerogenerador automáticamente si la velocidad del viento excede de 25 metros por segundo, con el fin de proteger a la turbina y sus alrededores. Las señales de la veleta son utilizadas por el controlador electrónico del aerogenerador para girar al aerogenerador en contra del viento, utilizando el mecanismo de orientación. 10.4.13.

Torre del aerogenerador

Soporta la góndola y el rotor. En los grandes aerogeneradores las torres tubulares pueden ser de acero, de celosía o de hormigón. Las torres tubulares

tensadas con vientos sólo se utilizan en aerogeneradores pequeños (cargadores de baterías, etc.). 10.4.14. Aerodinámica de aerogeneradores El rotor, compuesto por las palas y el buje, está situado corriente arriba de la torre y también la góndola en la mayoría de aerogeneradores modernos. Esto se hace, sobre todo, porque la corriente de aire tras la torre es muy irregular (turbulenta). ¿Qué es lo que hace que el rotor gire? La respuesta parece obvia: el viento. Pero en realidad, no se trata simplemente de moléculas de aire que chocan contra la parte delantera de las palas del rotor. Los aerogeneradores modernos toman prestada de los aviones y los helicópteros tecnología ya conocida, además de tener algunos trucos propios más avanzados, ya que los aerogeneradores trabajan en un entorno realmente muy diferente, con cambios en las velocidades y en las direcciones del viento.

Al observar el perfil cortado (sección transversal) del ala de un avión. La razón por la que un aeroplano puede volar es que el aire que se desliza a lo largo de la superficie del ala se mueve más rápidamente que el de la superficie inferior. Esto implica (por efecto Venturi) una presión más baja en la superficie superior, lo que crea la sustentación, es decir, la fuerza de empuje hacia arriba que permite el avión volar. 10.4.15.

Aerodinámica del rotor y diseño de las palas

El viento que llega a las palas del rotor de un aerogenerador no viene de la dirección en la que el viento sopla en el entorno, es decir, de la parte delantera de la turbina. Esto es debido a que las propias palas del rotor se están moviendo.

10.5. Infraestructura eléctrica básica 10.5.1.

Sistema eléctrico

El sistema eléctrico de un parque eólico tiene por objeto la transferencia de energía eléctrica producida por cada aerogenerador hacia la red de la compañía eléctrica en unas condiciones óptimas tanto desde el punto de vista del parque como de la compañía.

El tipo de diseño y trazado depende principalmente de la potencia de la instalación, número y localización de los aerogeneradores instalados, características de la red en el punto de entronque y distancia hacia el mismo. Hoy en día, con aerogeneradores de 500 kW a varios MW la configuración utilizada es la conexión en MT de aerogeneradores entre sí, por lo que cada uno de ellos debe contar con su centro de transformación. Diferenciamos en la instalación los siguientes elementos: 1. Instalación eléctrica de BT de cada aerogenerador. 2. Centro de transformación. 3. Red subterránea de MT. A continuación se observa en la siguiente figura una representación esquemática del sistema eléctrico de un parque eólico:

10.5.2. INSTALACIÓN ELÉCTRICA DE BAJA TENSIÓN DE UN AEROGENERADOR Descripción y clasificación de sus componentes: En la red de BT de un aerogenerador se pueden distinguir 2 tipos de circuitos según la función que realizan: Circuitos de generación o de potencia que tienen por objeto conectar la salida del generador con el centro de transformación y que constan de los siguientes elementos principales:

 Equipo de generación: incluye el generador asíncrono con “optispeed”y su equipo de regulación en caso de que exista.  Cableado hasta el centro de transformación.  Elementos de maniobra y protección: contadores para la conexión de motores eléctricos; interruptores automáticos y/o fusibles para protección contra sobre intensidades; descargadores para protección contra sobretensiones.  Dispositivos a MT, Intensidad, Potencia, y frecuencia.  Equipos de compensación de potencia reactiva (necesarios o no dependiendo de la tecnología de aerogenerador).  Circuitos de control (comunicaciones) y servicios auxiliares.  Circuitos de alimentación a los quipos de regulación y control.  Alimentación de motores auxiliares (motores de orientación de la góndola) y de la unidad hidráulica (frenado de góndola y rotor).  Líneas de alumbrado y potencia para herramientas de góndola y torre.  Elementos de maniobra y protección de los circuitos de control y auxiliares. El transformador es el que eleva la tensión habitualmente de 0.69kV a 20 kV teniendo en cuenta las características del parque. La potencia del transformador viene dada por la potencia nominal del generador y el factor de potencia. 10.5.3.

RED DE MEDIA TENSIÓN

La conexión de los aerogeneradores entre sí y a la subestación del parque eólico se realiza a través de una red de media tensión. La instalación es subterránea para evitar el impacto ambiental. Será de 20 kV. Se podrán utilizar cables unipolares con aislamiento de material sintético que será polietileno reticulado o bien etileno-propileno dependiendo de cuál sea la compañía distribuidora de la zona. Estos cables deben cumplir la norma UNE 21123 y la recomendación UNESA 3305 C: Cables unipolares con conductores de aluminio y aislamiento seco para redes de AT hasta 30 kV. Para la protección del lado de media tensión se suele emplear un interruptor seleccionador que protege al transformador contra sobrecargas, asociado con un fusible que realiza la protección frente a cortocircuitos. Con respecto al trazado de la red de MT de un parque eólico, éste se hará dependiendo de la disposición de los aerogeneradores en el emplazamiento. La elección de la disposición se hace, por supuesto, de la forma más óptima para el correcto aprovechamiento del recurso, considerando la orografía del terreno. Por cuestiones técnicas, económicas y ambientales, es conveniente que la zanja de cables transcurra paralela a los caminos de acceso de los aerogeneradores. Dada la orografía del terreno, el cual es llano en la zona donde se situarán las máquinas, se realizarán alineaciones perfectas de los tres aerogeneradores con accesos intermedios perpendiculares.

Normalmente los cables suelen instalarse directamente enterrados siendo el acceso de los aerogeneradores bajo tubo de plástico embebido en el hormigón del pedestal de la cimentación.

10.5.4.

DISEÑO BÁSICO DE UNA LÍNEA ELÉCTRICA

Desde un punto rigurosamente eléctrico el conductor es el componente que justifica la existencia de la línea, ya que toda la obra se hace para sostenerlo; por consiguiente su elección acertada es la decisión más importante en la fase de proyecto de una línea eléctrica. Los datos de partida para el diseño de una línea eléctrica son los siguientes:     

La tensión de operación máxima. La potencia a transportar. La longitud estimada de su recorrido. La ubicación de los puntos de partida y de llegada (inicio y fin de la línea). La ubicación de otros puntos de interconexión, si los hay.

Se trata de lograr un diseño con mínimos costos de construcción, operación mantenimiento y de las pérdidas durante un periodo dado, teniendo en cuenta además la relación existente entre torre y conductor. Este objetivo se logra minimizando:  Las pérdidas de transporte de energía.  El costo de las instalaciones de transporte de energía. Las pérdidas de energía son debidas al efecto Joule y al efecto Corona, ligadas respectivamente a la corriente y a la tensión de operación. Ambas pérdidas se reducen aumentando el diámetro del conductor, que implica un aumento de la sección, e incremento de los costos de las instalaciones. No se pueden reducir las pérdidas y simultáneamente reducir el costo de la obra, de manera que se trata entonces de lograr una solución de compromiso que minimice el costo total de la línea por año de su vida útil. 10.5.5.

SECCIÓN DEL CONDUCTOR

La sección del conductor de la red de MT de un parque eólico se establece según 4 criterios: o o o o

Intensidad máxima admisible. Solicitación térmica de corriente. Caída de tensión máxima. Optimización técnico-económica.

Con respecto a esta última tiene una particularidad en el caso de parques eólicos.

Un diseño óptimo de la red de MT desde el punto de vista económico consiste en encontrar la solución más rentable entre el coste de inversión en el cable de media tensión, y las pérdidas de energía anuales del mismo. Cuanto más cerca de la subestación esté un tramo de cable, mayor potencia debe transportar y más intensidad de cortocircuito debe soportar, la principal aportación proviene de la red eléctrica de AT exterior al parque eólico a través del transformador de la subestación. 10.5.6.

CONDICIONES DE CONEXIÓN

Para conectar un parque eólico a red es necesario que se cumplan unas condiciones técnicas y administrativas. Éstas vienen recogidas en la Orden de 5 de septiembre de 1985, “Normas administrativas y técnicas para funcionamiento y conexión a las redes eléctricas de centrales hidroeléctricas de hasta 5.000 kVA y centrales de autogeneración eléctrica”. Con respecto a las normas administrativas, se detalla la información que debe suministrar, tanto al titular del parque eólico como la empresa distribuidora de energía eléctrica. El usuario deberá proporcionar: 1. El número, la potencia y el tipo de aerogeneradores. 2. Los datos para el cálculo de la corriente de cortocircuito. 3. La potencia máxima que entregará. La compañía distribuidora deberá indicar: 1. El punto de conexión y su tensión. 2. Las potencias de cortocircuito máxima y mínima en el punto de conexión. 3. Los datos del reenganche en ese punto. Las condiciones técnicas se refieren a lo que se denomina interconexión, la cual se puede observar en la figura, por tanto a los dispositivos que permiten la conexión o desconexión del parque de la red, junto con las protecciones que verifican que la entrega de la energía se entrega en las condiciones prescritas. En la normativa se indica explícitamente que el funcionamiento de la central no debe producir alteraciones, ni puede funcionar en isla, alimentando a otros usuarios desconectado de la compañía. La potencia máxima de los aerogeneradores que se pueden conectar a la red de AT es de 5 MVA en el caso de los aerogeneradores asíncronos que es el caso de las máquinas del parque. En ningún caso podrá utilizarse más de la mitad de la capacidad de salida del centro de transformación correspondiente a la línea que se conecte a la central. Los generadores asíncronos que es el caso de las máquinas del parque. En ningún caso podrá utilizarse más de la mitad de la capacidad de salida del centro de transformación correspondiente a la línea que se conecte a la central. Los generadores asíncronos deberán funcionar con un factor de potencia superior a 0.86, y en lo que respecta a generadores eólicos, no es posible conectarlos más de tres veces por minuto. La caída de tensión que se produzca en la conexión debe ser 20 veces mayor que la potencia nominal del parque. La

sincronización deberá efectuarse cuando el deslizamiento sea como mucho del 10% cuando la potencia nominal sea superior o igual a 1000kVA, o del 5%, cuando esta potencia nominal sea superior a 1000kVA. Esto se debe a la prevención que se debe tener a la hora de evitar fluctuaciones de tensión que puedan producirse tanto en el proceso de conexión como el funcionamiento continuo. Todos los parques deberán tener un equipo de medida que incluya contador de energía activa, contador de energía reactiva, taxímetro y diversos transformadores de medida normalizados. En la normativa se especifica la clase de precisión de los distintos equipos. Las protecciones prescritas en la normativa deben verificar que la entrega de energía se realiza en las condiciones especificadas. Cuando las centrales están conectadas en alta tensión, las protecciones que hay que incluir se enumeran a continuación. Con el fin de poder conectar y desconectar el quipo a la red, tanto en condiciones normales, como ante cortocircuitos, es necesario incluir un interruptor automático. Tres relés de mínima tensión instantáneos, con reenganche manual, regulados a 0,85 Um, siendo Un el valor medio de la tensión entre fases. Por tanto, cuando la tensión descienda por debajo del 85% de este valor, la instalación debe desconectarse inmediatamente. El objeto de esta protección es el de proteger el sistema contra defectos polifásicos y detectar la marcha en red separada a una tensión anormal. Un relé de máxima tensión instantáneo, regulado a 1,1 Um. La actuación de esta protección es análoga a la anterior, sólo que su actuación se produce, instantáneamente, cuando la tensión sube anormalmente. La misión de esta protección es detectar la marcha anormal separada de la compañía. Un relé de máxima tensión homopolar, contra defectos de fase-tierra. Un relé de máxima (81M) y mínima frecuencia (81m), con valores mínimo y máximo de 51 y 49 Hz respectivamente, para impedir la marcha anormal separada de la compañía, puesto que, en tales casos, no hay mecanismo de control de la generación sobre la demanda, por lo que la frecuencia estará descontrolada. Tres relés instantáneos de máxima intensidad que actúan ante sobrecargas y cortocircuitos. Un sistema de teledisparo que permita la desconexión remota de la instalación. Equipos de protección de los equipos de la central, de acuerdo con las especificaciones de los fabricantes. Un sincronizador automático. Un regulador.

10.6. Operación y mantenimiento El mantenimiento integral de las instalaciones incluye todas las tareas y gastos que impliquen:  Mantenimiento preventivo, con revisiones periódicas.  Mantenimiento correctivo  Personal de operación, piezas de repuesto, etc. Garantías del suministrador durante el mantenimiento:  Calidad  Disponibilidad de máquinas  Factor de Potencia

11. Seguridad y sanidad ambiental 12. Estudio económico 12.1. Presupuesto de inversión 12.1.1.

Inversión inicial

Coste de la instalación se desglosa en las siguientes partidas Equipamiento (aerogeneradores) (72%): Incluyen los de producción de la turbina y equipos auxiliares, y la transportación hasta el sitio de emplazamiento e instalación. Instalación eléctrica (10%): Incluyen el cableado, las subestaciones y las líneas eléctricas necesarias. Obra civil (9%): Incluyen la transportación interna dentro del emplazamiento de la turbina y la torre, la construcción de la cimentación y carreteras, y otros costos relacionados con la infraestructura necesaria para la instalación y puesta en marcha de las turbinas. Otros costos de inversión: Promoción e ingeniería (7%) Torre meteorológica (2%) Estimaciones Presupuesto de inversión inicial Equipamiento

30’240,000

Instalación eléctrica

4’200,000

Obra civil

3’780,000

Promoción e ingeniería Torre meteorológica

2’940,000

Total (S/.)

42’000,000

840,000

12.1.2. Estimaciones de ingresos y gastos de explotación Ingresos: Son los ingresos obtenidos por la venta de la electricidad producida en los años de funcionamiento del parque eólico. Se ha considerado un precio unitario de venta del kWh de S/. 0,30 para el año. Teniendo en cuenta la producción anual estimada (26,000 GW) se obtienen unos ingresos totales anuales de S/. 7’800,000

Gastos: Los gastos de explotación incluyen operación y mantenimiento de los aerogeneradores, mantenimiento de la electricidad y viales, administración y gestión, cánones + impuestos locales, y otros. Se consideran unos gastos de 160,000 S/./MW para los dos primeros años y un valor de 310,000 S/./MW para el resto de los años. Operación y mantenimiento aerogeneradores 60% del gasto total Mantenimiento de electricidad y viales 6% Administración y gestión 8% Otros (impuestos, permisos) 26%

Para los primeros años: Gasto total: S/.160,000/MW * 8MW = S/.1’280,000

Para el resto de años: Gasto total: S/. 310,000/MW * 8MW = S/.2’480,000

A continuación se muestra la tabla con las partidas que componen los gastos totales de explotación:

Gastos de explotación Operación y mantenimiento aerogeneradores Mantenimiento electricidad y viales

Año 1 y 2

Resto de años

768,000

1’488,000

76,800

148,800

Administración y gestión

102,400

198,400

332,800

644,800

1’280,000

2’480,000

Otros (impuestos, permisos) Total gastos anuales (S/.)

12.2. Análisis de rentabilidad del proyecto El tiempo determinado de vida útil de estos aerogeneradores es de 20 años. El análisis de rentabilidad del proyecto se basa en el cálculo del tiempo de retorno de la inversión estimada (Pay Back), de la TIR y del VAN. -Pay back: tiempo de retorno de la inversión: Es el número de años necesarios para recuperar el dinero invertido. Utilizamos una tasa de descuento del 5%. Para determinar la tasa de descuento, se requiere considerar la tasa libre de riesgo en una determinada economía, la prima de riesgo a largo plazo del mercado y el coeficiente beta que se atribuye por el que ejercerá el proyecto. Se ha obtenido un tiempo de retorno de la inversión de 9 años, por tanto, a partir del décimo año de funcionamiento del parque comienzan a obtenerse beneficios.

-VAN: (valor actual neto) se define para un cierto periodo. Representa la diferencia entre la suma de los flujos de caja actualizados al año de la inversión (0) y la inversión inicial. Para actualizar los flujos de caja, se utiliza una tasa de descuento del 5%, simulando el modo de desvalorización del dinero a medida que van avanzando los años. Se ha obtenido un VAN de S/. 25266,91, por tanto, se asume que el proyecto es viable.

-TIR: (tasa interna de rentabilidad): Es la tasa de descuento que, para un cierto periodo, hace cero el VAN, es decir, que iguala la suma de los flujos de caja actualizados con la inversión inicial. Se asume que una TIR superior a la tasa de descuento suponga la aceptabilidad del proyecto y por lo tanto es un índice de rentabilidad muy utilizado. Se obtiene una TIR del proyecto de 12%. Este valor es superior a la tasa de descuento (5%), por tanto, este índice también indica que el proyecto es rentable.

13. Referencias bibliográficas 13.1. Bibliografía  VILLARUBIA LOPEZ, Miguel, 2011, Ingeniería de la energía eólica  JIMÉNEZ, Javier Martín, 2014, Energía Solar fotovoltaica y energía eólica, Primera edición  FERNÁNDEZ SALGADO, José María, 2011, Guía completa de la Energía Eólica. Primera Edición.  ESCUDERO LÓPEZ, José María, 2008, Manual de Energía Eólica. Segunda edición, corregida y actualizada.  CREUS SOLÉ, Antonio, 2008, Aerogeneradores  RODRÍGUEZ AMENEDO, José Luis. ARNALTE GÓMEZ, Santiago. BURGOS DÍAZ, Juan Carlos., 2003, Sistemas eólicos de producción de energía eléctrica.  GIPE, Paul, 2000, Energía eólica práctica. Una guía para instalación y uso de pequeños sistemas eólicos.  FERNÁNDEZ SALGADO, José María, 2009, Tecnología de las energías renovables.  MADRID VICENTE, Antonio (Ingeniero), 2009, renovables: fundamentos, tecnologías y aplicaciones.

Energías

13.2. Linkografía  http://elcomercio.pe/lima/sucesos/vientos-fuertes-afectaran-costa-norte-peruproximos-dias-segun-senamhi-noticia-1630237  http://eficienciaenergeticacanarias.blogspot.pe/2013/11/primer-aerogeneradoroffshore-de-espana.html  http://ruc.udc.es/dspace/bitstream/handle/2183/16679/GodinBoado_Jesus_TF M_2016.pdf?sequence=3&isAllowed=y  http://www.gamesacorp.com/es/gamesa/energia-eolica/preguntas-sobreenergia-eolica.html  http://www.motiva.fi/myllarin_tuulivoima/windpower%20web/es/faqs.htm  http://www.energy.siemens.com/hq/pool/hq/powergeneration/renewables/wind-power/SWT_3.6.107.sp.pdf  http://awsassets.panda.org/downloads/documentos_la_energia_eolica_en_me xico_fefd89d8.pdf  file:///J:/Downloads/m07p02%20(1).pdf  http://power.sitios.ing.uc.cl/paperspdf/CapituloEolico.pdf  http://www.esan.edu.pe/publicaciones/2012/11/15/proyecto_generacion_electr ica.pdf  http://larepublica.pe/07-05-2012/la-libertad-iniciaran-pronto-construccion-deparque-de-energia-eolica-en-pacasmayo  http://elcomercio.pe/economia/peru/proyecto-construir-central-eolica-libertadya-cuenta-estudio-impacto-ambiental-noticia-624818  http://www.evwind.com/2011/02/11/eolica-en-peru-proyecto-eolico-de-750mw-en-lambayeque-y-la-libertad/  https://www.uclm.es/area/ing_rural/AsignaturaProyectos/Tema%206.pdf  http://www.uco.es/dptos/bromatologia/tecnologia/bibvirtual/bajada/mempesca.pdf  http://www.minam.gob.pe/wp-content/uploads/2015/01/Decreto-SupremoN%C2%B0-002-2015-MINAM.pdf  http://www.cubasolar.cu/Biblioteca/Energia/Energia61/HTML/articulo03.htm  http://www.osinergmin.gob.pe/electricidad

14. Anexos

Anexo N° 01: Muestreo Cantidad viviendas: 760 Aplicamos la siguiente fórmula:

𝑍2 ∗ 𝑝 ∗ 𝑞 ∗ 𝑁 𝑛= 𝑁 ∗ 𝐸2 + 𝑍2 ∗ 𝑝 ∗ 𝑞

Donde: n = tamaño de la muestra Z = nivel de confianza p = variabilidad positiva q = variabilidad negativa N = tamaño de la población E = precisión o error Z (95%) = 1,96 p = 0,80 q = 0,20 N = 760 E = 0,05

(1,96)2 ∗ (0,80) ∗ (0,20) ∗ 760 𝑛= 760 ∗ (0,05)2 + (1,96)2 ∗ (0,80) ∗ (0,20)

𝑛 = 185,76 ≌ 186

Anexo N° 02: Ficha Bibliográfica

Anexo N° 03: UNIVERSIDAD NACIONAL DE TRUJILLO ESCUELA ACADÉMICA DE INGENIERÍA INDUSTRIAL