GUÍA TÉCNICA
GTC
COLOMBIANA
113
2004-12-01
GUÍA PARA LA UTILIZACIÓN DE ENERGÍA
EÓLICA PARA BOMBEO DE AGUA
E: GUIDE FOR USING WIND ENERGY FOR WATER PUMPING
CORRESPONDENCIA:
DESCRIPTORES: energía eólica-bombeo de agua; bombeo de agua-aerobombas-especificaciones.
I.C.S.: 27.180.00
Editada por el Instituto Colombiano de Normas Técnicas y Certificación (ICONTEC) Apartado 14237 Bogotá, D.C. - Tel. (571) 6078888 - Fax (571) 2221435
PRÓLOGO
El Instituto Colombiano de Normas Técnicas y Certificación, ICONTEC, es el organismo nacional de normalización, según el Decreto 2269 de 1993.
ICONTEC es una entidad de carácter privado, sin ánimo de lucro, cuya Misión es fundamental para brindar soporte y desarrollo al productor y protección al consumidor. Colabora con el sector gubernamental y apoya al sector privado del país, para lograr ventajas competitivas en los mercados interno y externo.
La representación de todos los sectores involucrados en el proceso de Normalización Técnica está garantizada por los Comités Técnicos y el período de Consulta Pública, este último caracterizado por la participación del público en general.
La GTC 113 fue ratificada por el Consejo Directivo del 2004-12-01.
Esta guía está sujeta a ser actualizada permanentemente con el objeto de que responda en todo momento a las necesidades y exigencias actuales.
A continuación se relacionan las empresas que colaboraron en el estudio de esta guía a través de su participación en el Comité Técnico 185 Energía eólica.
GENELEC S.A. INDUSTRIAS JOVER IPSE
METÁLICAS SIERRA
MINISTERIO DE MEDIO AMBIENTE – UNIDAD DE PARQUES
UNIDAD DE PLANEACIÓN MINERO ENERGÉTICA –UPME–
UNIVERSIDAD CENTRAL UNIVERSIDAD JAVERIANA WAYUU E.S.P.
Además de las anteriores, en Consulta Pública el Proyecto se puso a consideración de las siguientes empresas:
ACQUAIRE LTDA. ANDESCO
ARMANDO PALACIO Y CIA C.M. S.A.
CODENSA
CONFEDERACION COLOMBIANA DE CONSUMIDORES
CONSULTORA LEY URE MME-UPME CORPORACION UNIVERSITARIA AUTONOMA DE OCCIDENTE
EMPRESAS PUBLICAS DE MEDELLIN ENERGIA PROYECTAR
ESCUELA DE INGENIERIA JULIO GARAVITO
FULGOR ENERGIA S.A.
GRUPO DE ENERGIA ALTERNATIVA UNIVERSIDAD DE ANTIOQUIA
GRUPO DE ENERGIA ALTERNATIVA UNIVERSIDAD DE LOS ANDES
GRUPO DE ESTUDIOS DE ENERGIA UNIVERSIDAD NACIONAL
GRUPO GEAL UNIVERSIDAD NACIONAL -PALMIRA
GRUPO POTENCIA Y ENERGIA UNIVERSIDAD DE LOS ANDES
INSTITUTO DE FOMENTO INDUSTRIAL MINISTERIO DE MINAS Y ENERGIA MOLIAGRO
SUPERINTENDENCIA DE INDUSTRIA Y COMERCIO SUPERINTENDENCIA DE SERVICIOS PUBLICOS UNIVERSIDAD AUTONOMA DE COLOMBIA UNIVERSIDAD DE LA SALLE UNIVERSIDAD DE LOS ANDES
UNIVERSIDAD NACIONAL DE COLOMBIA
ICONTEC cuenta con un Centro de Información que pone a disposición de los interesados normas internacionales, regionales y nacionales.
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RESUMEN
CONTENIDO
PRIMERA PARTE: ASPECTOS TÉCNICOS GULA PARA LA UTILIZACIÓN DE LA ENERGÍA EÓLICA PARA BOMBEO DE AGUA
Página
1. OBJETO 1
2. REFERENCIAS NORMATIVAS 1 3. DEFINICIONES Y TERMINOLOGÍA 1 4. INTRODUCCIÓN A LA UTILIZACIÓN DE LA ENERGÍA EÓLICA
EN APLICACIONES DE BOMBEO DE AGUA 3 5. DESCRIPCIÓN TÉCNICA DE LA TECNOLOGÍA 5
5.1 TIPOS DE BOMBAS 7 5.2 COMPONENTES 9 5.2.1 Rotor 10 5.2.2 Transmisión 11 5.2.3 Sistema de seguridad 12 5.2.4 Torre 13
6. REQUERIMIENTOS DE ENERGÍA Y NECESIDADES DE BOMBEO 14 7. EL RECURSO EÓLICO 17 7.1 EVALUACIÓN DEL SITIO DE INSTALACIÓN 18 8. APLICACIONES TÍPICAS QUE UTILIZAN BOMBEO DE AGUA 22 8.1 VIABILIDAD DE LA UTILIZACIÓN DE ENERGÍA EÓLICA PARA BOMBEO 22 8.2 CARACTERÍSTICAS IMPORTANTES POR CONSIDERAR (PARÁMETROS) 23 8.3 LA AEROBOMBA MÁS UTILIZADA 24
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RESUMEN
Página
8.3.1 Aspectos técnicos del uso de aerobombas 24 8.4 COMPATIBILLZACIÓN ENTRE BOMBA Y EL SISTEMA GENERAL 26 8.5 ALMACENAMIENTO DE AGUA Y DISTRIBUCIÓN 27
SEGUNDA PARTE: SELECCIÓN Y DISEÑO
1. CÓMO SELECCIONAR EL SISTEMA 30 2. DIMENSIONAMIENTO DEL SISTEMA 30 2.1 CÁLCULO DE VOLUMEN Y TAMAÑO DE BOMBA 31 2.2 DIMENSIÓN DEL TANQUE DE ALMACENAMIENTO 32 3. ASPECTOS ECONÓMICOS 33
TERCERA PARTE: INSTALACIÓN, OPERACIÓN Y MANTENIMIENTO
1. OBRA CIVIL 35
2. LEVANTAMIENTO 36
3. INSTALACIÓN DE LA BOMBA 38
4. MANTENIMIENTO 38
5. BIBLIOGRAFÍA Y REFERENCIAS PARA CONSULTA 39 ANEXO A RECOMENDACIONES PARA LA IMPLEMENTACIÓN DE N SISTEMA
DE BOMBEO EÓLICO 42
LISTA DE TABLAS
Tabla 1. Estimativo de limites de capacidad hidráulica de aerobombas comerciales 16 Tabla 2. Relaciones generales entre viabilidad y velocidad de viento para su uso
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LISTA DE FIGURAS
Figura 1. Molino multipala americano 4 Figura 2. Configuración típica de aerobombeo directo 6 Figura 3. Instalaciones típicas de aerobombeo directo 7 Figura 4. Rotor multipala americano de alta solidez 10 Figura 5. Caja reductora de velocidad en aerobomba 11 Figura 6. Sistema de seguridad y orientación con cola trasera 13 Figura 7. Torre de aerobomba 14 Figura 8. Árbol torcido por influencia permanente del viento 19 Figura 9. Instalaciones típicas de tanque de almacenamiento de agua
con aerobombas 27
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RESUMEN
1
GUÍA PARA LA UTILIZACIÓN DE ENERGÍA EÓLICA PARA BOMBEO DE AGUA
PRIMERA PARTE. ASPECTOS TÉCNICOS PARA LA UTILIZACIÓN DE LA ENERGÍA EÓLICA PARA BOMBEO DE AGUA
1. OBJETO
Esta Guía ha sido preparada con el objeto de proveer una fuente de información de referencia para la selección, instalación, operación y mantenimiento de aerobombas, dirigida a aquellas personas interesadas en utilizar y promover la energía eólica para bombeo de agua a pequeña escala.
2. REFERENCIAS NORMATIVAS
WORLD METEOROLOGICAL ORGANIZATION. (1981). Meteorological Aspects of the Utilization of Wind as an Energy Source. WMO, Ginebra, Suiza. Technical Note 175.
3. DEFINICIONES Y TERMINOLOGIA 3.1
aerobomba
equipo de bombeo de agua accionado por la energía del viento.
3.2
altura de bombeo (H)
diferencia de nivel en la superficie libre del agua de la fuente de agua y el nivel de descarga.
3.3
anemómetro
instrumento mecánico, eléctrico, electrónico, etc. para medir la velocidad del viento
3.4
anualidad
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3.5
bomba de doble efecto
bomba de agua de desplazamiento positivo, cuya acción de bombeo ocurre tanto en el desplazamiento de subida como de bajada, por la acción del vástago.
3.6
bomba reciprocante de acción simple
bomba de agua de desplazamiento positivo provista de pistón que, por la acción alternante, solo bombea líquido en el movimiento de ascenso del vástago. Se dimensiona técnicamente por el diámetro del pistón y la longitud de la carrera (S) del vástago.
3.7
disponibilidad de la aerobomba
fracción del tiempo en la cual una aerobomba bombea agua de manera efectiva.
3.8
eficiencia volumétrica de una bomba (volumétrica)
relación entre la cantidad real de agua entregada por una bomba y el volumen teórico barrido por acción del desplazamiento de un pistón.
3.9
energía hidráulica
Potencia necesaria para bombear un caudal Q a una cabeza de bombeo H durante un período de tiempo específico.
3.10
rotor eólico
dispositivo basado en palas aerodinámicas que, accionado por el viento que incide sobre él, convierte su energía en energía rotacional mecánica.
3.11
velocidad específica ()
relación entre la velocidad de la punta de las palas del rotor eólico y la velocidad de viento incidente.
3.12
velocidad específica de diseño (d)
velocidad específica en la cual el rotor eólico entrega su máxima potencia.
3.13
velocidad promedio anual de viento
valor de la velocidad resultante de calcular el promedio horario anual medido por un anemómetro.
3.14
velocidad de viento de arranque
velocidad de viento en la cual la aerobomba comienza a bombear agua continuamente.
3.15
velocidad de viento de diseño
velocidad del viento en la cual la aerobomba opera a su máxima eficiencia de conversión de energía.
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