comparación de fuentes de energia renovables vs electrificación convencionalen proyecto de...

8/11/2019 Comparacin de Fuentes de Energia Renovables vs Electrificacin Convencionalen Proyecto de Electrificacin de V

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UNIVERSIDAD DE LA FRONTERAFACULTAD DE INGENIERA, CIENCIAS Y ADMINISTRACIN

DEPARTAMENTO DE INGENIERA DE OBRAS CIVILES

COMPARACIN DE FUENTES DE ENERGIA RENOVABLES V/SELECTRIFICACIN CONVENCIONAL EN PROYECTO DE ELECTRIFICACIN DE

VIVIENDAS RURALES EN LA COMUNA DE SAN JUAN DE LA COSTA

TRABAJO DE TTULO PARA OPTAR AL TTULO

DE INGENIERO CONSTRUCTOR

PROFESOR GUA: SR. JUAN PABLO CRDENAS RAMREZ

RAMN ENRIQUE CANDIA LLANCAFIL2009


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UNIVERSIDAD DE LA FRONTERAFACULTAD DE INGENIERA, CIENCIAS Y ADMINISTRACIN

DEPARTAMENTO DE INGENIERA DE OBRAS CIVILES

Comparacin de Fuentes de Energa Renovables V/s ElectrificacinConvencional en Proyecto de Electrificacin de Viviendas Rurales en la Comuna

de San Juan De La Costa

TRABAJO DE TTULO PARA OPTAR AL TTULO

DE INGENIERO CONSTRUCTOR

PROFESOR GUA: SR. JUAN PABLO CRDENAS RAMREZ

RAMN ENRIQUE CANDIA LLANCAFIL2009


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DEDICATORIA

A Uberlinda Collinao Pichn.

Aunque te fuiste antes de lo que acordamos, tu sonrisa siempre vivir dentro de m.


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AGRADECIMIENTOS

Durante toda la etapa de mi paso por la Universidad he conocido muchas

personas que fueron forjando la persona que hoy soy, no son pocos y me es realmentecomplicado resumir mencionar los acontecimientos o situaciones en que me entregaronmucho mas de lo que yo nunca ped. A todos ellos les dedico estas lneas, aunque losagradecimientos son simples palabras, lo realmente importante en este largo caminoque viv, es saber apreciar todas las cosas buenas que muchos de ellos me ensearony que espero algn da poder retribuir.

En un comienzo les agradezco a mis papas, Norma Estela y Juan Ramn, ya quefueron las personas que desde que nac han credo en mi, me han instado siempre aseguir creciendo, a nunca bajar los brazos, inclusive en los momentos en que cre quepodra caer, siempre estuvieron ah, incansables apoyndome, ensendome a siempremirar el horizonte y decir si se quiere, se puede. Siempre tratare de seguir su buenejemplo y que cada da que pase sientan que su hijo estar a su lado siempre queustedes lo necesiten. Muchas gracias por ser mis consejeros, mis amigos, mis paps.

A mi ta Betty y la Ube, que con su cario y preocupacin desinteresada meacogieron en su casa cada vez que lo necesite, permitiendome vivir los mas lindosmomentos en los ltimos aos de vida de la Uberlinda.

Agradezco tambin enormemente a la familia Lassalle Brevis, que me acogi ensu regazo durante mucho tiempo, me abri las puertas de su casa y me permiti seruno mas de ellos. En forma muy especial mis agradecimientos para la seora Nancy,quien me ofreci incondicionalmente todo su apoyo cuando mas lo necesite, desde unsimple almuerzo en esos fros das de invierno, hasta el cuidado da a da de Vicentepara que yo pudiera ir a la Universidad.

Dejo en especial estas ultimas lneas para dar gracias con todas mis fuerzas aSolange, mi compaera de vida, la que busca siempre lo mejor para nosotros, la queme abraza cuando he tenido tropiezos y celebra conmigo los pequeos logros. Juntosllevamos caminando mas de 8 aos y hemos visto crecer la vida juntos de la mano,logrado poco a poco lo que hoy con orgullo llamamos nuestro hogar. Como nomencionar a mi Vicente, un pedacito de cielo que llego a alegrarnos aun mas la vida,quien a sus cortos 3 aos aun no comprende que cuando miro sus ojos redondos ybrillantes, comprendo que es a l a quien debo agradecerle todos los das, el ser miestmulo, mi sol, mi tente.


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NDICE DE CONTENIDOS

PginaCAPTULO 1.- INTRODUCCIN 11.1. Exposicin General del Problema 21.2. Nivel Actual del Problema 2

1.3. Objetivo General del Problema 21.4. Objetivos Especficos del Problema 2

CAPTULO 2.- ENERGA 42.1. Definicin 42.2. Clasificacin de las Fuentes de Energa 4 2.2.1. Energas Renovables 4 2.2.1.1 No Contaminantes 5 2.2.1.2 Contaminantes 14

CAPTULO 3.- ENERGA ELCTRICA 173.1. Descripcin de la Energa Elctrica 173.2. Generacin de Energa Elctrica 17 3.2.1. Centrales Hidroelctricas 18 3.2.2. Centrales Termoelctricas 18 3.2.3. Centrales Nucleares 20 3.2.4. Centrales Elicas 21 3.2.5. Centrales de Energa Solar 22 3.2.5.1. Centrales Foto trmicas 22 3.2.5.1. Centrales Fotovoltaicas 23 3.2.5. Centrales de Biomasa 243.3. Electricidad Convencional 25 3.3.1. Sistema Elctrico de Potencia 25 3.3.1.1. Generacin 25 3.3.1.2. Transmisin 25 3.3.1.3. Distribucin 253.4. Sistemas Elctricos de Potencia en Chile 26 3.4.1. Sistema Interconectado del Norte Grande (SING) 26 3.4.1. Sistema Interconectado Central (SIC) 27

3.4.1. Sistema Elctrico de Aysn 28 3.4.1. Sistema Elctrico de Magallanes 293.5. Poltica Energtica Gubernamental 31

CAPTULO 4.- ENERGA SOLAR FOTOVOLTAICA 354.1. El Sol 36 4.1.1. Ncleo 36 4.1.2. Capa Radiactiva 36


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4.1.3. Capa Convectiva 37 4.1.4. Fotosfera 384.2. Radiacin Solar 39 4.2.1 Espectro Visible 40 4.2.2. Constante Solar 43 4.2.3. Tipos de Radiacin Solar en la Tierra 44 4.2.3.1. Radiacin Directa 44 4.2.3.2. Radiacin Difusa 45 4.2.3.3. Radiacin Reflejada o Albedo 46 4.2.3.4. Radiacin Global 47 4.2.4. Radiacin en la Atmsfera Terrestre 474.3. Esquema de Electrificacin fotovoltaico 49 4.3.1. Componentes Principales de un Sistema Fotovoltaico 49 4.3.1.1. Panel de Celdas Fotovoltaicas 49 4.3.1.2. Regulador de Carga 56

4.3.1.3. Bateras de Ciclo Profundo 57 4.3.1.4. Inversor de Corriente 58 4.3.1.5. Consumos de Corriente 59 4.3.2. Tipos de Sistemas Fotovoltaicos 60

CAPTULO 5.- ENERGA HIDROELCTRICA 645.1. Generalidades 645.2. Componentes de una Turbina 64 5.2.1. Canal de Llegada o Tubera Forzada 64 5.2.2. Cmara Espiral 65

5.2.3. Distribuidor Fijo 65 5.2.4. Rodete 66 5.2.5. Tubo de Aspiracin 675.3. Clasificacin de las Turbinas 68 5.3.1. Grado de Reaccin 68 5.3.1.1. Turbina de accin 69 5.3.1.2. Turbina de Reaccin 70 5.3.2. Numero Especfico de Revoluciones 71 5.3.3. Modo de Admisin del agua 74 5.3.3.1 Turbinas de Admisin Parcial 74

5.3.3.2. Turbinas de Admisin Total 74 5.3.4. Segn la Posicin del Eje 74 5.3.4.1. Turbinas Horizontales 74 5.3.4.2. Turbinas Verticales 755.4. Tipos de Turbinas mas Utilizadas 75 5.4.1. Turbina Pelton 76 5.4.1.1. Cazoletas 77 5.4.1.2. Inyectores 78


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5.4.1.3. Deflectores 79 5.4.2. Turbina Francis 80 5.4.2.1. Caja Espiral 82 5.4.2.2. Distribuidor 83 5.4.2.3. Rodete 83 5.4.2.4. Tubo de Aspiracin. 84 5.4.3. Turbina Kapln 85 5.4.3.1. Compuerta de Admisin de la Turbina 86 5.4.3.2. Distribuidor 86 5.4.3.3. Rodete 86 5.4.3.4. Tubo de Aspiracin 87

CAPTULO 6.- SITUACIN ACTUAL Y REA DE ESTUDIO 896.1. rea de Estudio 896.2. Antecedentes Generales del rea de Estudio 90

6.2.1. Clima 90 6.2.2. Suelo 91 6.2.3. Topografa 91 6.2.4. Vegetacin 916.3. Descripcin del Lugar 926.4. Descripcin de la Poblacin Objetivo 93 6.4.1. El Pueblo "Huilliche 946.5. Consumo Promedio Estimado 94

CAPTULO 7.- DIMENSIONAMIENTO DE UN SISTEMA FOTOVOLTAICO 98

7.1. Generalidades 987.2. Inclinacin del Panel 987.3. Radiacin Solar en la Zona. 1007.4. Paneles Solares 1027.5. Clculo de Bateras de Ciclo Profundo 1067.6. Inversor de Corriente 1087.7. Costos 109 7.7.1. Costos de Inversin 109 7.7.2. Costos de Mantenimiento 109 7.7.3. Costos de Reemplazo 110

CAPTULO 8.- DIMENSIONAMIENTO DE UNA MICROCENTRALHIDROELCTRICA 1168.1. Generalidades 1168.2. Potencial Hidrulico del Terreno 116 8.2.1 Medicin de Caudal 116 8.2.2. Determinacin de la Altura o Salto 1178.3. Obras Civiles 119


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8.3.1. Bocatoma 120 8.3.2. Aliviaderos 120 8.3.3. Canales 120 8.3.4. Cmara de Desarenado 121 8.3.5. Cmara de Carga 121 8.3.6. Tubera Forzada 121 8.3.7. Casa de Maquinas 122 8.3.8. Canal de Descarga 1228.4. Seleccin del Tipo de Turbina 1228.5. Potencia una Micro Central Hidroelctrica 1238.6. Costos 126 8.6.1. Costos de Inversin 126 8.6.2. Reposiciones Intermedias 126 8.6.3. Costos de Operacin y Mantenimiento 127

CAPTULO 9.- ELECTRIFICACION RURAL CONVENCIONAL 1319.1. Generalidades 1319.2. Metas de Electrificacin para el Ao 2010 1319.3. Antecedentes para la Generacin de un Proyecto 132

9.3.1. Requisitos generales para la presentacin de un Proyecto deElectrificacin Rural 133

9.4. Responsabilidades y Rangos de Accin de los Organismos Fiscales 135 9.4.1. Municipalidad 135 9.4.2. Gobierno Regional (GORE) 135

9.4.3. Secretara Regional Ministerial de Planificacin y Coordinacin(SERPLAC) 136 9.4.4. Consejo Regional del Gobierno Regional (CORE) 136 9.4.5. Empresas Distribuidores de Energa Elctrica 1379.5. Proyecto de Electrificacin Rural en el Sector Punotro 1379.6. Costos 137

CAPTULO 10.- CONCLUSIONES 140

BIBLIOGRAFIA 144

ANEXOS 145


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INDICE DE TABLASPgina

CAPTULO 3.- ENERGA ELCTRICATabla 3.1.Tipo de Centrales y Potencia SING 27Tabla 3.2.Tipo de Centrales y Potencia SIC 28Tabla 3.3.Tipo de Centrales y Potencia Sistema Elctrico de Aysn 29Tabla 3.4.Tipo de Centrales y Potencia Sistema Elctrico de Magallanes 30Tabla 3.5.Distribucin Porcentual Sistema elctrico V/s Tipo de Generacin 30Tabla 3.6.Potencia Bruta instalada en MW V/s Tipo de Generacin 31

CAPTULO 4.- ENERGA SOLAR FOTOVOLTAICATabla 4.1.Porcentaje de radiacin Albedo segn superficie 47Tabla 4.2.Distribucin porcentual de la radiacin 48

CAPTULO 5.- ENERGA HIDROELCTRICA

Tabla 5.1. Clasificacin de Turbinas segn nmero especfico deRevoluciones 72

CAPTULO 6.- SITUACIN ACTUAL Y REA DE ESTUDIOTabla 6.1.Consumo promedio para una vivienda unifamiliar del sector 95Tabla 6.2.Consumo promedio para una vivienda unifamiliar del sector con 6centros 96

CAPTULO 7.- DIMENSIONAMIENTO DE UN SISTEMA FOTOVOLTAICOTabla 7.1.Radiacin Total diaria (W/m2) Enero y Junio para Pucn. Calculoen base a tablas de P. Sarmiento, 2008. 101

Tabla 7.2.Altitud promedio de algunas localidades sobre el nivel del Mar 101Tabla 7.3.Radiacin Total diaria (Wh/m2) Enero y Junio para San Juan de laCosta. Calculo en base a tablas de P. Sarmiento, 2008. 102Tabla 7.4.Caractersticas del Panel Fotovoltaico Sunmodule SW90 103Tabla 7.5.Costos de inversin de sistema elctrico para el sector 111Tabla 7.6.Total y porcentaje costos en sistema fotoelctrico vida til 20 aos,para la zona y radiacin estudiada. 111Tabla 7.7.Costos de inversin de sistema elctrico con 6 centros 113Tabla 7.8.Total y porcentaje costos en sistema fotoelctrico de 6 centros, vidatil 20 aos, para la zona y radiacin estudiada. 113

CAPTULO 8.- DIMENSIONAMIENTO DE UNA MICROCENTRALHIDROELCTRICATabla 8.1.Caudal promedio durante ao 2009 117Tabla 8.2. Comparacin de mtodos para medicin de altura (Emhart, 2007) 118Tabla 8.3. Distribucin de Costos del total del costo de inversin 127Tabla 8.4. Distribucin de Costos y porcentajes del total de micro centralhidroelctrica 127Tabla 8.5. Distribucin de Costos y porcentajes del total del costo de inversin 128


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Tabla 8.6. Distribucin de Costos y porcentajes del total de micro centralhidroelctrica 128

CAPTULO 10.- CONCLUSIONESTabla 10.1. Tipo de sistema elctrico y costo total asociado 142


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INDICE DE FIGURASPgina

CAPTULO 2.- ENERGAFigura 2.1.Esquema de Sistema Pelamis 11Figura 2.2.Esquema de Sistema Columna de Agua Oscilante 12

CAPTULO 3.- ENERGA ELCTRICAFigura 3.1.Central Hidroelctrica 18Figura 3.2.Central Termoelctrica 19Figura 3.3.Central Nuclear 20Figura 3.4.Central Elica 21Figura 3.5.Central Solar Trmica 22Figura 3.6.Central Fotovoltaica 23Figura 3.7.Central de Biomasa 24Figura 3.8.Generacin, Transmisin y Distribucin 26

CAPTULO 4.- ENERGA SOLAR FOTOVOLTAICAFigura 4.1.Esquema de usos posibles de la Energa Solar 35Figura 4.2.Estructura del sol 38Figura 4.3.Espectro de radiacin electromagntica 41Figura 4.4.Descomposicin de la luz al ojo humano (longitud de onda en nm) 42Figura 4.5. Equivalencias de medidas 43Figura 4.6.Grfico Variacin de la Constante Solar para Chile (Sarmiento,2008) 44Figura 4.7.Pirhelimetro 45

Figura 4.8.Piranmetro. 46Figura 4.9.Distribucin de radiacin en la atmsfera 48Figura 4.10.Panel de celdas fotovoltaicas 50Figura 4.11. Elementos de un panel Fotovoltaico 51Figura 4.12.Tipos de mdulos Fotovoltaicos 52Figura 4.13.Semiconductor Tipo N 53Figura 4.14.Semiconductor Tipo P 54Figura 4.15.Estructura interna de un mdulo Fotovoltaico 55Figura 4.16.Regulador de Carga 56Figura 4.17.Batera de Ciclo Profundo 58

Figura 4.18. Inversor de corriente CC a CA 58Figura 4.19.Esquema fotovoltaico de corriente continua 60Figura 4.20.Esquema de corriente continua y corriente alterna. 61Figura 4.21.Esquema de sistema fotoelctrico de corriente continua y corrientealterna con grupo electrgeno 62

CAPTULO 5.- ENERGA HIDROELCTRICAFigura 5.1.Tubera Forzada para turbina Pelton 65


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Figura 5.2. Caja espiral de turbina Francis 66Figura 5.3. Rodete de turbina Pelton 67Figura 5.4. Tubo de aspiracin 68Figura 5.5. Ejemplo Turbina de Accin, turbina Pelton 69Figura 5.6. Turbina de Reaccin Francis horizontal 71Figura 5.7. Tipos de rodete de acuerdo al nuecero de revoluciones especficas

(ns) 73Figura 5.8. Estructura de Turbina Pelton horizontal de dos inyectores. 76Figura 5.9. Estructura de Turbina Pelton Vertical de seis inyectores. 77Figura 5.10. Cazoletas Turbina Pelton en accin 78Figura 5.11. Inyector, deflector y cazoletas de turbina Pelton 79Figura 5.12. Deflector normal y en corte 80Figura 5.13. Turbina Francis eje Vertical 81Figura 5.14. Turbina Francis de eje vertical 82Figura 5.15. Caja espiral de turbina Francis 83Figura 5.16.Turbina Kapln 85Figura 5.17.Rodete Kapln regulable y Rodete Hlice fijo 87

CAPTULO 6.- SITUACIN ACTUAL Y REA DE ESTUDIOFigura 6.1. Mapa de ubicacin de la zona de estudio. 90

CAPTULO 7.- DIMENSIONAMIENTO DE UN SISTEMA FOTOVOLTAICOFigura 7.1.ngulo Zenital 99Figura 7.2.Esquema general del Sistema Fotovoltaico para vivienda unifamiliar 108

CAPTULO 8.- DIMENSIONAMIENTO DE UNA MICROCENTRALHIDROELCTRICAFigura 8.1.Nomograma tipo de turbina para una micro central hidroelctrica 123Figura 8.2.Turbina Heliplast Kt6 125

ANEXOSAnexo ARadiacin Solar angular horaria meses enero a diciembre, Pucn. 146Anexo BFicha tcnica panel Fotovoltaico Sunmodule SW 90 149Anexo C.1.Nomograma para tipo de turbinas en microcentrales 151Anexo C.2. Turbina Pelton 152

Anexo DFicha de postulacin proyecto de Punotro. 155


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CAPTULO 1

INTRODUCCIN


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Capitulo 1

Comparacin de Fuentes de Energa Renovables V/s Electrificacin Convencional en Proyecto deElectrificacin de Viviendas Rurales en la Comuna de San Juan de la Costa 1

1. Introduccin

1.1. Exposicin General del Problema

El crecimiento constante y sostenido de la poblacin en nuestro pas ha tradoconsigo mayores requerimientos de diferentes necesidades grupales bsicas como lo

es la alimentacin, transporte, abrigo y recientemente las crisis energticas. La

electricidad es una de las energas mas nobles y que mas prestaciones entregan a la

sociedad, ya que es fcilmente transformable a calor, luz, energa mecnica, etc.

La electricidad sin duda se ha convertido en un bien imprescindible para llevar a

cabo la mayora de las tareas del quehacer diario en una familia convencional,

lamentablemente an existen zonas en nuestro pas, como lo es la comuna de San

Juan de la Costa, en que la electricidad no es un elemento que est al alcance de

todos, ya sea por lejana de los grandes centros urbanos, situacin de pobreza en la

regin afectada o simplemente deficientes gestiones estatales para implementar una

red de electrificacin rural en zonas que no han sido intervenidas.

Lamentablemente la alta demanda de energa elctrica proveniente de las

ciudades no contribuye a poner los ojos en el desarrollo de mejores condiciones de vidapara la poblacin rural, por lo que se hace imperiosa la necesidad de buscar otras

alternativas que sean eficientes, econmicamente viables, no destructivas con el

entorno, e idealmente renovables.


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Capitulo 1


1.2. Nivel Actual del Problema

Actualmente en los sectores a intervenir no poseen electrificacin para sus

viviendas, ni tampoco existe un estudio para la eventual extensin de la red elctricaconvencional hasta estos alejados sectores, por lo tanto la poblacin del sector posee

una gran necesidad no satisfecha hasta el momento.

Si bien los recursos naturales como para desarrollar energa elctrica estn

presentes, no existen las personas ni el conocimiento como para implementar en la

zona un proyecto de energizacin de las viviendas.

1.3. Objetivo General del Problema

Identificar la mejor alternativa de generacin de electricidad para un pequeo

conjunto de viviendas rurales en la comuna de San Juan de la Costa.

1.4. Objetivos Especficos del Problema

Identificar las diferentes formas de generacin de electricidad con los recursosrenovables disponibles en la zona de estudio.

Definir un punto de equilibrio entre las energas renovables que entrega el sector

en funcin de los costos de puesta en marcha y mantencin, durabilidad en el tiempo,

funcionalidad y viabilidad de construccin.

Identificar los costos de la implementacin y mantencin entre, un sistema de

generacin de electricidad integrado entre las fuentes de recursos renovables y el

sistema de electrificacin convencional en un corto y largo plazo.


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CAPTULO 2

ENERGA


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Captulo 2


2. Energa

2.1 Definicin

Existen mltiples y diferentes definiciones para explicar que es la energa,dependiendo del contexto en que se site la informacin. En este caso se define como

la capacidad de producir un trabajo, el cual puede ser movimiento de masas, capacidad

de mantener unida la materia, etc.

La energa se presenta en varias formas tales como la energa cintica,

potencial, qumica, elctrica, calorfica y energa atmica, y puede cambiar de una de

estas formas a otra. La energa se puede transformar, mas nunca destruirse o crearse.

2.2. Clasificacin de las Fuentes de Energa

Se pueden clasificar las fuentes de energa primeramente como Renovables y No

renovables.

2.2.1. Energas Renovables

Son aquellas fuentes en las cuales su aprovechamiento es sustentable en el

largo plazo, es decir que se obtiene de fuentes naturales virtualmente inagotables

debido a las inmensas cantidades de reservas o por ser capaces de regenerarse por

medios naturales

Dentro de las energas renovables, se pueden subdividir en contaminantes y no

contaminantes.


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Captulo 2


2.2.1.1 No Contaminantes

a) Energa Solar

Es la energa vital que el Sol proporciona a travs del espacio para elmantenimiento del planeta y lo hace a travs de luz y calor. Dicha energa nos llega

directamente (como radiacin electromagntica), sin costo, de forma continua y sin

contaminacin alguna.

El hombre ha encontrado la manera de aprovechar los fotones, que son las

partculas portadora de todas las formas de radiacin electromagntica, incluyendo a

los rayos gamma, los rayos X, la luz ultravioleta, la luz visible, la luz infrarroja, las

microondas, y las ondas de radio y de transformar estos fotones, en calor (energa solar

trmica) y en electricidad (energa solar fotovoltaica).

La energa solar trmica se obtiene al calentar un fluido, el cual generalmente es

agua o anticongelante mediante la radiacin solar, luego se transmite el lquido

calefaccionado hasta los centros de calefaccin como son los radiadores o para agua

de consumo en los baos y cocina de las viviendas. La captacin de la energa solar se

realiza a travs de colectores de luz que se instalan en el techo de una casa o edificio.

Asimismo, la energa solar, puede ser aprovechada como energa elctrica,

captando los fotones en los mismos colectores solares, equipados con clulas

fotovoltaicas las que transforman los fotones de luz en una diferencia de potencial

elctrico que puede ser aprovechado para generar electricidad. Estos paneles

fotovoltaicos se instalan tambin en los techos de una casa o edificio, pues deben

orientarse hacia el sol de medioda, evitando las zonas con sombras para maximizar la

captacin de radiacin solar.


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Captulo 2


b) Energa Hidrulica

La energa Hidrulica es la energa que se puede obtener del movimiento del

elemento mas abundante del planeta, el agua, ya que por su potencial energtico es

una de las formas mas utilizadas hoy en da para la generacin de electricidad en elmundo.

Sin embargo, antes de la obtencin de electricidad, el hombre se haba valido de

ella para las tareas de molienda de grano. Esto se basa en el mismo principio: la cada

de agua desde cierta altura hasta un nivel inferior, en donde se aprovecha esa energa

cintica para mover grandes molinos.

Ahora la energa del agua se aprovecha, principalmente, para generar

electricidad y de hecho fue una de las primeras formas que se usaron para producirla.

Para obtener la electricidad a partir del agua, debe transformarse primero su

energa cintica en energa mecnica y esta, luego, en electricidad.

Este proceso, generalmente, se realiza en una instalacin llamada central

hidroelctrica, la cual debe contar con una zona donde el caudal de agua seasuficientemente elevado y regular. El agua que llega de los ros afluentes es

almacenada en los embalses. Luego es transportada hacia las turbinas que convierten

la energa cintica del agua en mecnica (es la suma de la energa cintica y potencial).

Luego, el eje de la turbina transmite la energa mecnica al alternador. Este ltimo

genera una corriente de alta intensidad y baja tensin. Esa corriente pasa a un

transformador que la convierte en alta tensin y baja corriente. La electricidad generada

se transporta desde la misma central a travs de postes elctricos hasta los centros de

consumo. Luego, un nuevo transformador la convierte en corriente de baja tensin para

su aplicacin directa a los receptores domsticos e industriales.


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Captulo 2


En base a su tamao y a su capacidad de produccin de energa, las centrales

hidroelctricas se clasifican segn la Comisin Nacional de Energa en:

Hidrocargadores : Potencia menos a 1,5kW

Microcentral: son centrales muy pequeas que producen hasta 99 kilowatt (kW). Minicentral: potencia de 100kW a 999 kW.

Pequea Centra: Potencia de 1000kW a 4999kW

Grandes Centrales: Potencia superior a 5000kW.

c) Energa Elica

La energa elica es la energa cuyo origen proviene del movimiento de masa de

aire, llamado comnmente del viento, el cual se genera principalmente a las diferencias

de presin en la atmosfera. Mientras mayores sean esas diferencias de presin, mas

fuerza tendrn los vientos generados.

La energa elica tambin se le considera una forma indirecta de la energa solar,

ya que el calentamiento desigual de la superficie terrestre produce diferencias de

presiones a nivel local, lo que tambin produce vientos locales movindose desde altas

a bajas presiones.

Actualmente la energa elica ha tenido un fuerte desarrollo en la generacin de

electricidad a travs de generadores elicos o aerogeneradores. Estos son unos

aparatos que transforman la fuerza cintica del viento en energa elctrica, ya que al

mover las aspas de los aerogeneradores, se mueve el generador interno, el cual

amplifica la velocidad de rotacin del eje, haciendo mover los generadores, los que a su

vez producen energa elctrica, la cual puede ser transformada e integrada a la red

elctrica. Las torres donde se encuentran los aerogeneradores se suelen ubicar en

lugares sin obstculos, es decir, lejos de rboles o edificios para no crear turbulencias

en el aire, como por ejemplo frente a las costas, porque la fuerza del viento es mayor y

constantemente existe viento local. Cabe destacar que hasta ahora solo se ocupan los

vientos horizontales y siempre que estos tengan una velocidad moderada y constante,


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Captulo 2


es decir, ni muy fuerte ni muy despacio. Adicional a estas limitantes, hay que tener

presente que se requiere por lo menos de un estudio de la zona previo, de unos 15 a 20

aos para poder trazar los respectivos mapas de viento, necesarios para poder definir la

localizacin ideal para un grupo de aerogeneradores.

Actualmente la Armada de Chile posee registros de varias regiones de Chile,

como tambin algunos estudios de universidades en sectores especficos.

d) Energa Geotrmica

La energa geotrmica corresponde a la energa calrica contenida en el interior

de la tierra y que se transmite por conduccin trmica hacia la superficie. Bsicamente,

el calor emanado desde el interior de nuestro planeta, calienta las rocas almacenadas a

grandes profundidades de la superficie. Estas rocas forman verdaderos claustros para

grandes cantidades de agua al interior de la corteza terrestre una central geotrmica

consta de una perforacin realizada en la corteza terrestre a gran profundidad. A modo

de ejemplo la temperatura aproximada a 5 kilmetros de profundidad es de unos 150

centgrados, esto dependiendo el lugar donde se haga la perforacin, ya que existen

lugares mas propicios y otros no tanto para realizar las prospecciones

El funcionamiento de una central geotrmica se realiza mediante un sistema de

dos tubos que han sido introducidos en la perforacin practicada, mantienen sus

extremos en circuito cerrado en contacto directo con la fuente de calor. Por un extremo

del tubo se inyecta agua fra desde la superficie, cuando llega a fondo se calienta y

sube a chorro hacia la superficie a travs del otro tubo, que tiene acoplado una turbina

con un generador de energa elctrica. El agua caliente, una vez que ya se ha utilizado

su poder calorfico, se reincorpora al circuito y se hace ingresar por el tubo de acceso

para volver a calentarla.

El sistema descrito es viable en lo que respecta a su construccin y perforacin,

pero la limitante que tiene es que al introducir agua fra al interior del depsito de calor,

o sima, ste progresivamente experimenta una baja en su temperatura, ya que la roca


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Captulo 2


que cubre al depsito de calor o sima no dej que se enfriase por aos, y al hacer

circular el agua a menor temperatura, el calor del interior del planeta, no alcanza a

recuperar la temperatura a la misma velocidad de la que se consume. En la prctica

este inconveniente impide el funcionamiento continuo de la central, ya que una vez que

la sima ha cedido todo su calor, el sistema se detiene y es preciso esperar a que la rocarecupere de nuevo su temperatura habitual.

A pesar del inconveniente descrito, que impide su aplicacin a gran escala,

existen zonas cuyas caractersticas geolgicas especiales permiten un mejor

aprovechamiento, ejemplo de determinadas islas del archipilago canario, frente a la

costa noroeste de frica, donde se pueden encontrar temperaturas de cientos de

grados a muy poca profundidad, lo que permitira distribuir instalaciones horizontales

con pocas inversiones en prospeccin, ya que todo el subsuelo tiene caractersticas

geotrmicas, debido a la formacin volcnica que tienen las islas.

e) Energa de los Mares

La energa del mar es la energa que se basa en el aprovechamiento del

constante movimiento de agua del mar que se produce por el fenmeno de las mareas,

las olas y las corrientes marinas. Actualmente se encuentra poco desarrollada debido alos altos costos e intervencin ambiental que significa la materializacin de centrales

marinas. La energa del Mar se puede subdividir en:

e) 1.- Energa de las Olas o Energa Undimotriz

A causa de los vientos y el constante ir y venir de las olas es una energa no

aprovechada actualmente, debido a que se trata de una energa en desarrollo y en

expansin, por lo que se han realizado diferentes estudios respecto al aprovechamiento

sustentable que ste tipo de energa puede llegar a significar, dada la omnipresencia de

costas, ya que el como es sabido el 70% del planeta esta cubierto por ocanos, y por

ende de la energa aportada por las olas. La factibilidad de la aplicacin de sta

tecnologa a la generacin de electricidad, esta siendo estudiada en diferentes


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Captulo 2


minicentrales elctricas de prueba en diferentes lugares, principalmente en Espaa y

Portugal.

Algunas de las formas de aprovechamiento de la energa Undimotriz son:

e) 2.- Pelamis

En pocas palabras es una columna cilndrica, metlica articulada la cual esta

parcialmente sumergida en la superficie del mar, anclada al fondo marino en donde la

profundidad media sea entre 50 a 100mt y la fuerza de las olas sea fuerte y constante.

Esta columna se posiciona de forma perpendicular al avance de las olas, provocando

un suave arqueamiento vertical en las uniones articuladas, uniones que en su interior

poseen un generador por el cual se bombea aceite a alta presin mediante un sistema

hidrulico. Estos generadores conducen la energa transformada a travs de cables

submarinos hacia la costa.

La gran ventaja de ste sistema es que esta diseado para resistir sin

inconvenientes las inclemencias climticas en alta mar como son las tormentas y seguir

funcionando.

La desventaja principal es el alto costo inicial que implica la instalacin de ste

sistema adems del monitoreo correspondiente.


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Captulo 2


Figura 2.1.Esquema de Sistema Pelamis

e) 3.- Oscillating Water Column (OWC)

O Columna de agua oscilante, la cual consiste en confeccionar en las orillas de

mar una cmara de aire a ras del mar en la cual al golpear las olas contra la playa, haga

subir la presin de aire capturada dentro de la chimenea, aire que saldr a travs de

una escotilla superior, activando una turbina que gira e impulsa al generador. Asimismo,al momento en que la ola se retira de la playa, el vaco producido por la baja de la

columna de agua, ser absorbido por una segunda escotilla que pasa por la parte baja

del mismo generador, entregando un movimiento permanente de la turbina, y sta al

generador.


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Captulo 2


Figura 2.2.Esquema de Sistema Columna de Agua Oscilante

e) 4.- Dispositivo de Boya

Se trata de una gran estructura conectada con cables al fondo del mar, a esta

estructura la rodea una boya que sube y baja por la accin de las olas, produciendo una

compresin de un brazo hidrulico, el cual transforma la energa mecnica en elctrica

La variacin de ste sistema de boya, es el dispositivo Hind, del inventor T.Sampath

Kumar, el cual posee una boya flotante al interior de una estructura fija al fondo marino.Esta estructura esta dispuesta de tal forma que la energa de la ola movilice la boya en

forma vertical y constante, la cual acciona un eje excntrico y ste mueve los dos

generadores elctricos que posee en la parte superior. El sistema es anlogo al

movimiento de un pistn y el cigeal de un motor de combustin interna.


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e) 5.- Brazos Hidrulicos

Esta forma de captacin de la energa de las olas consiste en clocar flotadores

unidos a brazos mecnicos. Los flotadores al momento de subir y bajar, accionan los

brazos, los cuales provocan el movimiento de bombas hidrulicas resistentes en lasbases. Esas bombas hidrulicas captan agua tratada y la impulsan hacia un acumulador

hidroneumtico, el cual esta ligado a una cmara hiperbtica. Todo este conjunto

entrega una presin de agua igual a una represa de unos 500 mt de altura, sta agua a

presin es dirigida hacia una turbina hidrulica, la que, a travs del eje acciona el

generador que produce corriente elctrica. La empresa S.D.E. Energy Ltd, una empresa

Israel actualmente comercializa ste tipo de tecnologa, la que actualmente est en

etapa de estudio para la construccin de plantas de energa en Brasil y China.

f) Energa de las Mareas o Energa Mareomotriz

Es la energa que se aprovecha del desplazamiento de las masas de agua de

mar. La marea es el movimiento oscilatorio vertical y peridico, ascendente y

descendente del agua del mar debido a las fuerzas gravitacionales que afectan a la

tierra por parte de la luna y en menor medida por el sol. Este movimiento puede ser

aprovechado para la generacin de energa elctrica mediante unas represas costerasque al momento del ascenso de las mareas, abren sus compuertas para dejar entrar el

flujo de agua y cuando llegue el tiempo de marea baja, las compuertas son cerradas,

dejando como nica salida un orificio en la base de las compuertas, en donde se ubica

una turbina hidrulica la que conectada a un generador, produce electricidad.

La variante mejorada, incluye un gran muro separador, construido en la costa,

que posee la abertura en la parte inferior del embalse, luego cuando la marea comience

a subir, y para igualar presiones, el agua ingresar a travs del conducto, generando

una fuerte corriente, activando la turbina hidrulica y sta a su vez al generador. Al

momento de mas alta marea, las compuertas se cierran, abrindose cuando comience a

bajar la marea y del mismo modo anterior, el agua saldr del embalse por la misma

abertura, activando nuevamente la turbina pero en sentido contrario.


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Captulo 2


El principal punto que juega en contra del desarrollo de sta tecnologa, es el alto

costo econmico que implica contener enormes masas de agua, adems del importante

impacto ambiental y visual que esto conlleva, provocando un gran rechazo social como

ya aconteci en Gran Bretaa cuando se quiso instalar una central en el estuario del roSevern, la cual nunca se llevo a cabo dado el profundo rechazo por parte de la

sociedad.

2.2.1.2. Contaminantes

a) Energa de Biomasa

La biomasa es la materia orgnica de origen reciente que haya derivado de

animales y vegetales como resultado del proceso de fotosntesis. Se comprende

entonces, que la energa de la biomasa deriva del material de vegetal y animal, tal como

madera de bosques, residuos de procesos agrcolas y forestales, y de la basura

industrial, humana o animales.

La energa de biomasa, es una energa renovable porque es proveniente del Sol,

ya que en el proceso fotosinttico, la clorofila de las plantas captura la energa radiantedel sol, y transforma el dixido de carbono y el agua del suelo en carbohidratos, para

luego formar la materia orgnica.

Algunas de las ventajas del uso de Biomasa son:

La comparacin en costo es menor respecto a los combustibles fsiles, lo que

representa un ahorro y un beneficio econmico a la sociedad.

Se utiliza la basura y residuos orgnicos, ya que son transformados para ser

usados en la produccin de energa, lo que contribuye a una menor acumulacin

de basura.

Si se utiliza en forma de combustin, genera una cantidad mnima de azufre y

cenizas, lo que conlleva a disminuir el fenmeno de la lluvia acida. Adems,


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Captulo 2


produce menos cenizas que el carbn mineral, el cual puede utilizarse como

insumo orgnico en los suelos.

Al aprovechar los terrenos en desuso como granjas de produccin de biomasa,

se evita que stos terrenos se erosionen y degraden el suelo.

La biomasa, al ser un recurso de origen local, no est sujeto a las constantesvariaciones externas, como ocurre con los pases exportadores de petrleo por

ejemplo, lo que provocara un costo energtico mas estable

Al ser un recurso explotable local, producira aumento en la demanda de fuerza

de trabajo local, dando mayores oportunidades de auto sustentabilidad a

sectores rurales.

Como todo sistema, la Biomasa tambin posee algunas desventajas importantes

de mencionar:

Posee una baja densidad relativa energtica, esto es, que para extraer energa

de Biomasa. Se necesita una mayor cantidad de volumen de plantaciones, para

obtener igual cantidad de energa que otras fuentes de energa. Para disminuir

este impacto, es necesario que las fuentes de transformacin estn situadas

cerca de la zona de produccin de biomasa, as se rebajan los costos de traslado

y manejo de estas grandes cantidades de materia a transformar. El potencial calrico de la biomasa depende mucho de la humedad , el clima y la

densidad de la materia a transformar, es as como de un mismo rbol, se puedan

tener grandes diferencias calorficas tan solo por tener humedad una de las

capas del rbol.

Actualmente no estn las condiciones dadas para la materializacin del uso de

biomasa como recurso de utilizacin habitual, hablando especficamente de los

hidrocarburos, ya que las polticas gubernamentales an no facilitan la aplicacin

de sta tecnologa con subsidios, impuestos y leyes que apoyen su produccin y

distribucin.


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CAPTULO 3

ENERGA ELECTRICA


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Captulo 3


3. Energa Elctrica

3.1. Descripcin de la Energa Elctrica

Es la forma de energa mas usada y extendida en el planeta, utilizada en lassociedades industrializas. Debido al amplio abanico de posibilidades que sta noble

energa puede entregar. Esto se debe principalmente a las siguientes caractersticas:

Capacidad para transformarse con facilidad en otras formas de energa ya

mencionadas como mecnica, lumnica y calorfica.

Es posible transportarla a largas distancias con, relativamente bajos costos y alta

eficiencia, al no perder grandes cantidades de energa en su transporte.

Se llaman Centrales de Generacin toda instalacin donde se produce la

transformacin de la energa primaria o secundaria en energa para el consumo. Si esta

energa de consumo es elctrica, la central recibe el nombre de central elctrica.

Una vez generada, esta energa de consumo debe ser trasportada hasta los

puntos donde se necesite. Ya en ellos, ser distribuida: viviendas, alumbrado de las

calles, industrias, etc.

3.2. Generacin de Energa Elctrica

Existen diversos tipos de centrales elctricas que vienen determinados por la

fuente de energa que utilizan para mover el rotor. Estas fuentes pueden ser

convencionales (centrales hidrulicas o hidroelctricas, trmicas y nucleares) y no

convencionales (centrales elicas, solares, maremotrices y de biomasa).

Dentro de las energas no convencionales, las energas solares y elicas son las

que mayor implantacin tienen en la actualidad, pero de est experimentando el uso de

otras energas renovables, como la ocenica, adems de la utilizacin de residuos

orgnicos como fuente de energa.


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Captulo 3


3.2.1. Centrales Hidroelctricas

En este tipo de centrales se aprovecha la energa potencial debida a la altura del

agua para, hacindola caer, convertirla en energa cintica. Esta energa mover los

labes (paletas curvas) de una turbina situada al pie de la presa, cuyo eje estconectado al rotor de un generador, el cual se encarga de transformarla en energa

elctrica.

Si el agua desciende hasta un embalse situado a menor altura para, con

posterioridad, ser bombeada hasta que alcance el embalse superior, con objeto de

utilizar de nuevo, nos encontramos frente una central hidrulica de bombeo. Este tipo

de central se construye en zonas donde existe la posibilidad de que en ciertas pocas

del ao no llegue suficiente agua al embalse superior y, por tanto se necesite un aporte

del inferior.

Figura 3.1.Central Hidroelctrica


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Captulo 3


3.2.3. Centrales Nucleares

Se trata de centrales trmicas en las que la caldera ha sido sustituida por un

reactor nuclear. Este, por reacciones de fisin o rotura de los ncleos atmicos del

combustible nuclear, generalmente uranio enriquecido (istopo de uranio, 235 y 238),libera el calor necesario para calentar el agua y transformarla en el vapor que mover

las turbinas de un generador.

La ventaja principal de las centrales nucleares es su rentabilidad en la produccin

de energa; sin embargo, sus inconvenientes primordiales son la gestin y

almacenamiento de los residuos radiactivos, as como el riesgo que para la poblacin

conlleva los posibles accidentes nucleares.

Figura 3.3.Central Nuclear


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Captulo 3


3.2.4. Centrales Elicas

En las centrales elicas o parques elicos se aprovecha la energa cintica del

viento para mover las palas de un rotor situado en lo alto de una torre llamada

aerogenerador.

Los parques elicos dependen de tres factores: la velocidad del viento, las horas

de viento y la cantidad de aerogeneradores instalados, los que alcanzan el mximo

rendimiento con vientos de unos 45Km/h de velocidad mnima necesaria para comenzar

a funcionar de unos 20Km/h, y la mxima, por razones de seguridad, de 100Km/h.

Existe un tipo de centrales elicas denominadas aisladas. Se trata de

instalaciones de reducido tamao que las pequeas industrias, estaciones de bombeo

en explotaciones agrarias, viviendas, etc., las cuales cuentan con una o dos torres,

necesarias para satisfacer las necesidades del sector.

Figura 3.4.Central Elica


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3.2.5. Centrales de Energa Solar

Como el nombre indica, son instalaciones en las que se utiliza la energa

procedente del sol. Existen dos clases principales de instalaciones, segn el proceso de

transformacin usado: centrales foto trmicas y centrales fotovoltaicas.

3.2.5.1. Centrales Foto trmicas

En las centrales foto trmicas, la radiacin solar se aprovecha de dos formas:

con colectores solares, que absorben las radiaciones solares para producir calor, o con

helistatos, que reflejan la luz solar y la concentran en un punto para su utilizacin

calorfica; en concreto para calentar el agua de una caldera. En ambos casos, el vapor

de agua producido se emplea para mover el rotor de un generador.

Figura 3.5.Central Solar Trmica


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Captulo 3


3.2.5.2. Centrales Fotovoltaicas

En las centrales fotovoltaicas se transforman en energa elctrica mediante

paneles de clulas fotovoltaicas, las radiaciones electromagnticas emitidas por el sol.

Al igual que ocurre con la energa elica, tambin existen centrales aisladas,

principalmente para sectores rurales, con pocas posibilidades econmicas de

conectarse al sistema de electrificacin convencional, el cual ha tenido un desarrollo

bastante elevado en los ltimos aos.

Las aplicaciones de la energa solar son muy variadas: desde alimentacin de

pequeas calculadoras de bolsillo hasta el uso en automocin y astronutica.

Figura 3.6.Central Fotovoltaica


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Captulo 3


3.2.6. Centrales de Biomasa

La biomasa est constituida por todos los compuestos orgnicos producidos por

procesos naturales, los cuales poseen un alto potencial para la obtencin de energa.

La energa de la biomasa se puede obtener a partir de vegetacin natural,

residuos forestales y agrcolas (restos de poda, pajas, rastrojos) o cultivos especficos,

como el girasol y la remolacha (cultivos energticos), muy difundidos en el ultimo

tiempo.

La central de biomasa quema este tipo de combustible para producir vapor de

agua, el cual mueve una turbina que, conectada a un generador, produce electricidad.

Figura 3.7.Central de Biomasa


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Captulo 3


3.3. Electricidad Convencional

3.3.1. Sistema Elctrico de Potencia

La electricidad Convencional se refiere a la forma actual que tenemos en chilepara acceder a la energa elctrica domiciliaria, la cual se obtiene principalmente de

centrales hidroelctricas. Desde la obtencin de energa elctrica en las centrales

hidroelctricas hasta que finalmente utilicemos dicha energa, se pueden dividir tres

grandes pasos:

3.3.1.1. Generacin

Dentro de la generacin, esta la transformacin propiamente tal de la energa

hidrulica (Energa mecnica y energa potencial del agua) obtenida en las represas de

corrientes forzadas, las cuales se hacen pasar por una turbina hidrulica, la cual

transmite la energa a un generador, el que a su vez la transforma en energa elctrica.

3.3.1.2. Transmisin

La transmisin se refiere a todos los implementos fsicos que posibilitan el llevaro transportar la energa elctrica desde los generadores, hasta una red de consumo.

Para ello, la corriente ha de ser transformada su tensin, o voltaje, elevndolo hasta

magnitudes del orden de los 400 kV, ya que al elevar la tensin de corriente, disminuye

la Intensidad, o corriente transportada, reduciendo as las prdidas por transporte. Es

por esto que es posible transportar grandes cantidades de corriente a travs del pas,

con bajas prdidas en miles de kilmetros.

3.3.1.3. Distribucin

La distribucin, es la fase final del sistema elctrico de potencia (SEP), en el cual

el voltaje de la corriente transportada se disminuye a una tensin de consumo nacional

de 220 volt, la cual puede ser utilizada en las viviendas nacionales. La energa va desde


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Captulo 3


los transformadores de las subestacin de transmisin, hasta los usuarios finales. La

tensin es disminuida segn las necesidades de diferentes consumidores, como lo son

grandes y medianas empresas, industrias y particulares.

Figura 3.8.Generacin, Transmisin y Distribucin

3.4. Sistemas Elctricos de Potencia en Chile

Actualmente, el macro sistema elctrico existente en Chile, consta de cuatro

sistemas independientes entre si, los cuales estn definidos de la siguiente manera:

3.4.1. Sistema Interconectado del norte Grande (SING)

Se extiende entre Arica-Parinacota, Tarapac y Antofagasta, Decimoquinta,

Primera y Segunda regiones de Chile, respectivamente, cubriendo una superficie de

185.142 km2, equivalente a 24,5% del territorio continental, lo que contempla unos

270.000 clientes, atendidos por tres empresas (etapa de distribucin). El SING cuenta

con una capacidad instalada de 3.601,9 MW a Diciembre de 2007. El parque generador

es eminentemente termoelctrico, constituido en un 99,64% por centrales trmicas a

carbn, fuel, diesel y de ciclo combinado a gas natural. Slo existen dos unidades

hidroelctricas correspondientes a las centrales Chapiquia y Cavancha, que

representan slo un 0,36% de la capacidad instalada.


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Captulo 3


Tabla 3.1. Tipo de Centrales y Potencia SING

Tipo de Potencia Bruta Potencia Bruta

Central Instalada [MW] Instalada [%]

Termoelctrica 3589,1 99,6%Hidroelctrica 12,8 0,4%

Potencia Bruta

Total Instalada3601,9 100,0%

Se observa que la gran parte de la energa elctrica del SING es de carcter

Termoelctrica, el cual se entiende dados el clima y morfologa caractersticos de la

zona, con una ausencia de flujos de agua como para formar una central hidroelctrica

por ejemplo. Del mismo modo se aprecia la nula participacin de centrales solares por

ejemplo, ya que el norte grande de nuestro pas es considerado mundialmente como

uno de los lugares con mayor potencial de instalacin de energa solar.

3.4.2. Sistema Interconectado Central (SIC)

Comprende desde el rea ubicada desde la rada de Paposo por el norte (en la II

Regin) y la localidad de Quelln por el sur, en la isla de Chilo (X Regin), cubriendo

cerca del 92,6% de la poblacin del pas. Operan 28 empresas las que atienden a un

nmero de 4.640.000 clientes aproximadamente.


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Captulo 3


Tabla 3.2.Tipo de Centrales y Potencia SIC



Termoelctrica 4.457,9 47,19%Hidroelctrica 4.909,7 51,97%

Elica 78,2 0,82%

Potencia Bruta

Total Instalada9.445,8 100,00%

Se observa que el recurso hdrico toma una gran importancia en la generacin de

electricidad, alcanzando mas del 50% de la potencia instalada, debido indudablemente

a las caractersticas del valle central de pas, el cual alberga numerosos cauces idneos

para la confeccin de centrales hidroelctricas de gran nivel. Se aprecia adems, la

introduccin en los ltimos aos de nueva tecnologa para la generacin de electricidad,

la energa elica, presente en la central Canela, en la regin de Coquimbo con 11

generadores operando desde finales del ao 2007, y la mas reciente central elica

Canela 2, en donde se sumaron 40 nuevos generadores elicos distribuidos en 1080

hectreas, lo cual aument en 60MW la energa de esta granja de viento, llegando a un

total de 78.2MW generados, los que al igual que en la primera etapa de Canela, se

incorporan directamente al SIC, convirtiendo al complejo Canela en la central mas

grande del pas, y la segunda mas grande de America Latina, luego de la central de

Osorio, en Brasil, que genera 150MW.

3.4.3. Sistema Elctrico de Aysn

Es el encargado de atender las necesidades elctricas de la XI regin de Aysn.

Este sistema cuenta con solo tres empresas operadoras, de las cuales EDELAYSEN

S.A. tiene el 88% de la potencia instalada del sistema. Atiende a unos 26.000 clientes.


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Captulo 3


Tabla 3.3.Tipo de Centrales y Potencia Sistema Elctrico de Aysn



Termoelctrica 27,77 55,0%Renovable 1,98 3,9%

Hidroelctrica 20,70 41,0%

Potencia Bruta


La opcin de las termoelctricas vuelve a aparecer, debido mltiples factores

ambientales y morfolgicos del terreno. Las energas renovables aparecen con un gran

potencial a explotar, especialmente la energa elica, debido a las complicadas

condiciones geogrficas del lugar y a la dispersin de poblacin.

3.4.4. Sistema Elctrico de Magallanes:

Es el sistema elctrico mas austral, el cual se encarga de la generacin de

energa para la XII regin de Magallanes, Este sistema consta de cuatro subsistemas

de generacin:

Punta Arenas

Puerto Natales

Puerto Williams

Puerto Porvenir

Esto, debido a la lejana entre los grandes centros urbanos, lo accidentado del

terreno, la gran cantidad de islas a cubrir y la poca accesibilidad si existiese una falla en

un solo gran sistema para la regin. Opera en esta zona solamente una empresa,

EDELMAG S.A. quien realiza la generacin, transmisin y distribucin de energa

elctrica, atendiendo a unos 50.000 clientes.


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Tabla 3.4.Tipo de Centrales y Potencia Sistema Elctrico de Magallanes


Central Instalada [MW] Instalada [%]Termoelctrica 98,7 100,0%

Hidroelctrica 0,0 0,0%

Potencia Bruta


Se observa la ausencia de la actividad hidroelctrica, principalmente debido a las

vastas planicies, sin grandes posibilidades de construir una central de pasada o represa

debido al terreno. Cabe mencionar que la XII regin de Chile es un lugar con grandes

corrientes de viento, los cuales fcilmente podran ser aprovechadas por centrales

elicas, pero la poca demanda, debido a la baja densidad poblacional existente en la

zona, merma la iniciativa de instaurar una central generadora para un bajo nmero de

consumidores locales.

En resumen, la distribucin de porcentajes de generacin de electricidad de

acuerdo a los sistemas de produccin son los siguientes:

Tabla 3.5.Distribucin Porcentual Sistema elctrico V/s Tipo de Generacin

Termoelctrica Hidroelctrica Renovable

SING 99.6 % 0.4 % 0.0 %SIC 47.19 % 51.97 % 0.82 %

AYSEN 55.0 % 41 % 3.9 %

MAGALLANES 100 % 0.0 % 0.0 %


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Captulo 3


Ahora si se presenta una tabla de cantidad de energa Instalada por cada

sistema de energa de Chile:

Tabla 3.6. Potencia Bruta instalada en MW V/s Tipo de Generacin

Termoelctrica Hidroelctrica Renovable TOTAL

SING 3.589,1 12,8 0,0 3.601,9

SIC 4.457,9 4.909,7 68,2 9.445,8

AYSEN 27,8 20,7 2,0 50,5

MAGALLANES 98,7 0,0 0,0 98,7

TOTAL 8.173,5 4.943,2 20,2 13.136,9

3.5. Poltica Energtica Gubernamental

La poltica gubernamental energtica de chile se basa en observaciones de las

necesidades propias como pas, de sus vecinos latinoamericanos y la tendencia al

crecimiento poblacional internacional, del cual se puede apreciar la alta incidencia de la

disponibilidad de generacin de energa, y el crecimiento sostenido de los pases en

desarrollo. La energa tiene un papel esencial en la vida social y econmica de los

pases, por lo tanto el funcionamiento de las sociedades modernas depende por

completo de su disponibilidad: las actividades productivas y cotidianas (educacin,

esparcimiento o transporte) requieren de una adecuada provisin y acceso a diversos

tipos de energa.

Para pases en desarrollo, como Chile, que buscan mejorar sustancialmente elnivel de vida de la poblacin, el papel de la energa es an mas vital, pues no es posible

un crecimiento econmico slido sin una energa segura y con costos adecuados.

Chile a travs de los aos se ha caracterizado por la alta inversin del recurso

hdrico, y en los ltimos aos, debido al crecimiento de la demanda energtica, y la falta


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Captulo 3


de nuevas alternativas hdricas, se ha amparado an mas en la generacin de energa

termoelctrica, debido en gran parte a la importacin de gas natural desde Argentina, la

cual es una alternativa muy viable en lo que a transformacin de energa se refiere. Se

puede observar claramente que el abastecimiento de los dos sistemas de energa mas

importantes del territorio chileno, en lo que a cantidad de usuarios atienden, poseen unaalta concentracin de generacin en las centrales termoelctricas, altamente

contaminantes, y prcticamente una existencia nula en la generacin de electricidad

con energas renovables.

Cabe mencionar adems que la implementacin de un mayor nmero de

centrales termoelctricas en el pas, fomenta claramente la continua dependencia

energtica de Chile con respecto a los pases vecinos, ya que las centrales en cuestin

funcionan principalmente con hidrocarburos como lo son el carbn, fuel, petrleo y

ciclos combinados de gas natural. Estos ltimos con una alta inversin en

implementacin y transporte desde lejanas tierras.

Es por ello que Chile, como pas participante de las polticas establecidas en el

tratado de Kioto, en el ao 1997, adems de la preocupacin por buscar nuevas

alternativas energticas del pas, se ha comprometido paulatinamente en la bsqueda

de diferentes opciones tal como lo es la generacin de electricidad a partir de fuentesrenovables, las cuales son tericamente inagotables, limpias, de fcil acceso, presentes

en la gran mayora de nuestro territorio y en diferentes fuentes de generacin de

energa.

En Chile se define como fuentes de Energas Renovables No Convencionales

(ERNC) a la Energa Elica, la minihidroelctrica (centrales hasta 20 MW), la biomasa,

la geotermia, la Energa Solar y la Mareomotriz, de las cuales la minihidrulica a jugado

un papel principal desde hace muchos aos, electrificando a pequeas comunidades o

incorporando la energa producida a sistemas de mayor envergadura en diferentes

sectores del pas, principalmente en la zona centro-sur precordillerana y el sector

austral del territorio nacional.


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Captulo 3


Dado el avance tecnolgico de los ltimos aos principalmente en la

transformacin de la Energa solar en energa elctrica, es que en trminos generales,

se aprecia un profundo inters internacional en el aprovechamiento de esta fuente

inagotable de energa, y particularmente en la zona norte del Pas, con radiaciones

prcticamente ptimas durante todo el ao para captar todo el recurso solar.


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Captulo 4


4. Energa Solar Fotovoltaica

Una de las grandes fuentes de energa renovable que posee el planeta tierra es

la energa que proviene del sol, la gran estrella que rige nuestro sistema solar, la cual

permite, primeramente, la vida en nuestro planeta tal y como la conocemos. Sin staestrella, la tierra simplemente no existira, as como todo lo credo sobre ella. Es por esto

que, consecuentemente, se puede decir que es la mayor fuente de energa de nuestro

sistema planetario, energa que puede ser utilizada actualmente en diferentes ramas:

Figura 4.1.Esquema de usos posibles de la Energa Solar

Dentro de los cuales se profundizara solamente dentro de la energa solar

Fotovoltaica.


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Captulo 4


4.1. El Sol

El sol, estrella que se encuentra en el centro del sistema solar, representa

aproximadamente el 98% de la masa existente en el sistema solar. El otro 2% consta de

planetas, asteroides, cometas, meteoritos y polvo estelar. Esta a una distanciaaproximada de 149.600.000 kilmetros de la tierra y la luz, y an as, es tal la energa

que irradia, que es capaz de mantener el equilibrio de la vida en los seres que habitan

la tierra. sta estrella se formo hace unos 4.650 millones de aos atrs, esta

compuesto por diferentes capas radiales, que forman la gran esfera que vemos, la cual

posee un dimetro aproximado de 1.390.000 kilmetros, unas 333.400 veces el

dimetro de la tierra.

La composicin interna del sol definida en capas, se puede dividir en:

4.1.1. Ncleo

Es la parte central del sol, tiene un radio de unos 150.000 km y una densidad

extremadamente alta, contiene entre un 40 a 45% de la masa total del sol, siendo

solamente el 15% del volumen de la estrella. En donde las grandes presiones (unas

100.000 millones de atmsferas) y altas temperaturas (estimadas en 15 millones de

grados Celsius), permiten el desarrollo de las reacciones termonucleares en las cuales

cuatro ncleos de hidrgeno se fusionan en uno de helio. Este proceso a gran escala,

convierte cuatro millones de toneladas de masa en energa, cada segundo. El ncleo

del sol es extremadamente denso.

4.1.2. Capa Radiactiva

Los rayos X producidos en el ncleo del Sol se hacen camino hacia la superficie

paso a paso por las diferentes capas.

La capa radiactiva comprende desde el ncleo de la estrella, hasta el lmite

interno de la capa convectiva. Est compuesta de plasma, es decir, de grandes


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cantidades de hidrgeno y helio ionizado. En la zona inferior de esta capa, los rayos X

mencionados colisionan con las partculas que forman el plasma y, en consecuencia,

cambian constantemente la direccin de su movimiento. A pesar de ello, la radiacin

contina subiendo, aunque a un ritmo muy pausado. De hecho, la luz que recibimos

actualmente del Sol fue el resultado de las reacciones que se produjeron en su interiorhace 1 milln de aos (y a pesar de que viaja a la velocidad de la luz: 300.000 km/s).

Los continuos choques entre partculas y rayos X hacen que estos ltimos

pierdan parte de su energa, transformndose en radiaciones de onda mas larga segn

suben hacia la capa de conveccin.

4.1.3. Capa Convectiva

Finalmente, los fotones alcanzan la capa convectiva, que se encuentra 150.000

kilmetros por debajo de la superficie. All, las temperaturas son ligeramente inferiores

al milln de grados Kelvin.

En esta zona la luz es absorbida por tomos en estado gaseoso, y se producen

fuertes corrientes de conveccin (como las que se producen en los ocanos y la

atmsfera de nuestro planeta), que se encargan de transportar la energa liberada por el

ncleo hacia la fotosfera.

Como la temperatura del gas que ha absorbido energa aumenta, el gas se

expande, hacindose por ello menos denso. Debido a ello, estas "bolsas" de gas

ascienden hacia la zona superior de la capa convectiva, una vez que llegan hasta all,

expulsan la energa acumulada, pasando a ser de nuevo un gas mas fro (fro en

relacin con el que le rodea a pesar de que, en realidad, la temperatura sigue siendodel orden del milln de grados Kelvin). Al ser mas "fras" y densas, vuelven a descender

por la zona convectiva, en un ciclo que dura varios meses. En la zona de encuentro

entre la capa convectiva y la fotosfera, la materia se encuentra con una zona de

grandes turbulencias. Debido a estos fuertes movimientos, el gas en el centro de unas

estructuras llamadas cinturones de conveccin (o supergrnulos), que tienen unos


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1.000 km de dimetro cada una, fluyendo hacia los bordes de estas clulas para

hundirse posteriormente. Este proceso es probablemente el responsable del calor que

despide la Corona solar, as como de la gran aceleracin que sufren las partculas del

viento solar al salir de l.

4.1.4. Fotsfera

Significa literalmente esfera de la luz y es la parte visible. Tiene un grosor de

apenas 400 km, una densidad media aproximada de apenas 810^8 g/cm^3, una

presin media de solo 10^12 Pa y una temperatura cercana a los 6.000 K. Esta es la

superficie solar a la que nos referimos al hablar de dimetro solar.Tras un lapso de

tiempo largusimo, que puede llegar a los 10 millones de aos desde la produccin del

ncleo, la radiacin mana, evidentemente modificada por el largo recorrido seguido. La

fotosfera es el lugar en el que se manifiestan los fenmenos solares mas conocidos y

estudiados: las manchas y la granulacin.

Figura 4.2.Estructura del sol


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4.2. Radiacin Solar

Es desde la fotosfera del sol de donde proviene la llamada radiacin solar, que

son nada mas que ondas electromagnticas que provienen de ste y abarcan desde el

infrarrojo hasta el ultravioleta a una temperatura de 5840 K. Afortunadamente, no todaslas radiaciones emitidas por el sol llegan en su totalidad a la superficie terrestre, siendo

las mas dainas las ondas ultravioletas (UV), las cuales al ser ondas mas cortas, son

absorbidas por los gases de la atmsfera fundamentalmente por el ozono, ampliamente

daado en los ltimos aos.

La magnitud que mide la radiacin solar que llega a la Tierra es la irradiancia,

que mide la energa que, por unidad de tiempo y rea, alcanza a la Tierra. Su unidad es

el Watt por metro cuadrado (W/m).

Por encima de la fotosfera est la cromosfera con una anchura de unos 15.000

km. Mas exterior an es la corona solar una parte muy tenue y caliente que se extiende

varios millones de kilmetros y que slo es visible durante los eclipses solares totales.

La superficie de la fotosfera aparece conformada de un gran nmero de grnulos

brillantes producidos por las clulas de conveccin. Tambin aparecen fenmenos

cclicos que conforman la actividad solar como manchas solares, fculas,

protuberancias solares, etc. Estos procesos que tienen lugar a diferentes

profundidades, van acompaados siempre de emisin de energa que se superpone a

la principal emisin de la fotosfera y que hace que el Sol se aleje ligeramente en su

emisin de energa del cuerpo negro a cortas longitudes de onda por la emisin de

rayos X y a largas longitudes por los fenmenos nombrados, destacando que no es la

emisin igual cuando el Sol est en calma que activo. Adems la cromosfera y coronaabsorben y emiten radiacin que se superpone a la principal fuente que es la fotosfera.

La cantidad de energa solar que llega en forma de radiacin a nuestro planeta,

es equivalente a aproximadamente 35 millones de veces la energa que producen todas

las centrales de generacin elctrica de Chile.


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La radiacin solar, por supuesto, nos provee de energa luminosa y calrica,

como tambin puede transformarse fcilmente en energa elctrica debido al adelanto

tecnolgico de stos tiempos. Adems, la radiacin es fundamental para que las

plantas, a travs de la fotosntesis, obtengan energa y vivan. Las plantas son la base

de la cadena alimenticia en el planeta, proveyendo de energa a todo el reino animal. Elpetrleo, el gas y el carbn mineral son producto de la descomposicin de restos de

vegetales y animales que vivieron hace millones de aos.

4.2.1 Espectro Visible

La radiacin Solar entonces es el flujo de energa, a travs de ondas o partculas

(fotones), que recibimos del Sol en forma de ondas electromagnticas de diferentes

frecuencias. Las ondas electromagnticas no necesitan un elemento o medio material

para propagarse, por lo que estas ondas pueden atravesar el espacio exterior y llegar al

planeta de forma continua.

La longitud de onda y la frecuencia de las ondas electromagnticas, se

relacionan mediante la expresin:

fC (4,1)

En donde:

C Velocidad de la Luz (m/s)

Longitud de onda (m)

f Frecuencia de onda (1/s)

En donde C es la velocidad de la luz), son importantes para determinar su

energa, su visibilidad, su poder de penetracin y otras caractersticas.

Independientemente de su frecuencia y longitud de onda, todas las ondas

electromagnticas se desplazan en el vaco a una velocidad de 299.792 km/s, la

velocidad de la Luz.


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Los distintos colores de luz tienen en comn el ser radiaciones electromagnticas

que se desplazan con la misma velocidad (velocidad de la luz). Se diferencian en su

frecuencia y longitud de onda. Dos rayos de luz con la misma longitud de onda tienen la

misma frecuencia y el mismo color. La longitud de onda de la luz es tan corta que suele

expresarse en nanmetros (nm), que equivalen a una milmillonsima de metro, o unamillonsima de milmetro.

La radiacin electromagntica se puede ordenar en un espectro en diferentes

longitudes de onda, que se extiende desde longitudes de onda corta de billonsimas de

metro (frecuencias muy altas), como los rayos gama, hasta longitudes de onda larga de

muchos kilmetros (frecuencias muy bajas) como las ondas de radio. El espectro

electromagntico no tiene definidos lmites superior ni inferior y la energa de una

fraccin diminuta de radiacin, llamada fotn, es inversamente proporcional a su

longitud de onda, entonces a menor longitud de onda mayor contenido energtico.

Figura 4.3.Espectro de radiacin electromagntica

La regin que alcanza a ver el ojo humano es solamente la comprendida entre

los 400nm (Nanmetros) y los 700nm. Incluye los colores: violeta (420 nm), azul (480

nm), verde (520 nm), amarillo (570 nm), naranja (600 nm) y rojo (700 nm).


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Figura 4.4.Descomposicin de la luz al ojo humano (longitud de onda en nm)

La luz de color violeta es mas energtica que la luz de color rojo, porque, como

ya fue mencionado, tiene una longitud de onda mas pequea. La radiacin con las

longitudes de onda mas corta que la correspondiente a la luz de color de violeta es

denominada radiacin ultravioleta.

La regin del ultravioleta entre los 100 y los 400 nanmetros, mientras que la

regin del infrarrojo entre los 700 y los 3000 nanmetros.

A cada regin le corresponde una fraccin de la energa total incidente en la

parte superior de la atmsfera distribuida as: 7% al ultravioleta; 47,3% al visible y

45,7% al infrarrojo.


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Figura 4.5.Equivalencias de medidas

De la otra mitad, la mayora se sita en la parte infrarroja del espectro y unapequea parte en la ultravioleta. La porcin de esta radiacin que no es absorbida por

la atmsfera, es la que produce quemaduras en la piel a la gente que se expone

muchas horas al sol sin proteccin.

4.2.2. Constante Solar

La radiacin que emana el sol, llega a nuestro planeta con una intensidad

promedio de 1353W/m2 en la parte exterior de nuestra atmsfera, la que se denomina

la constante solar. Esta medida esta tomada a una distancia media con el sol y de

forma perpendicular a los rayos solares.

Como la orbita de la tierra es ligeramente elptica, habr una variacin de la

constante solar a travs del ao (Sarmiento, 2008), por lo que la variacin de la

distancia al sol tambin variara el valor de la constante solar.


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Figura 4.6.Grfico Variacin de la Constante Solar para Chile (Sarmiento, 2008)

4.2.3. Tipos de Radiacin Solar en la Tierra

En funcin de cmo reciben la radiacin solar los objetos situados en la

superficie terrestre, se pueden distinguir estos tipos de radiacin:

4.2.3.1. Radiacin Directa

Es aquella que llega directamente del Sol sin haber sufrido cambio alguno en sudireccin. Este tipo de radiacin se caracteriza por proyectar una sombra definida de los

objetos opacos que la interceptan. La radiacin directa se mide con el pirhelimetro.


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Figura 4.7.Pirhelimetro

4.2.3.2. Radiacin Difusa

Parte de la radiacin que atraviesa la atmsfera es reflejada por las nubes o

absorbida por stas. Esta radiacin, que se denomina difusa, va en todas direcciones,

como consecuencia de las reflexiones y absorciones, no slo de las nubes sino de las

partculas de polvo atmosfrico, montaas, rboles, edificios, el propio suelo, etc. Este

tipo de radiacin se caracteriza por no producir sombra alguna respecto a los objetos

opacos interpuestos. Las superficies horizontales son las que mas radiacin difusa

reciben, ya que ven toda la bveda celeste, mientras que las verticales reciben menos

porque slo ven la mitad. La radiacin difusa, as como la radiacin albedo, son

medidas con el piranmetro, llamado tambin solarmetro o actinmetro.


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Figura 4.8.Piranmetro.

4.2.3.3. Radiacin Reflejada o Albedo

La radiacin reflejada es, como su nombre indica, aquella reflejada por lasuperficie terrestre. La cantidad de radiacin depende del coeficiente de reflexin de la

superficie, tambin llamado albedo. Las superficies horizontales no reciben ninguna

radiacin reflejada, porque no ven ninguna superficie terrestre y las superficies

verticales son las que mas radiacin reflejada reciben.


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Tabla 4.1.Porcentaje de radiacin Albedo segn superficie

SUPEFICIE ALBEDO (%)

Nieve fresca 80-85Arena 20-30

Pasto 20-25

Bosque 5-10

Suelo Seco 15-25

Agua (sol cerca del Horizonte) 50-80

Agua (Sol cerca del Cenit) 3-5

Nube Gruesa 70-80Nube Delgada 25-30

Tierra y Atmsfera Global 30

4.2.3.4. Radiacin Global

Es la radiacin total o la suma de las tres radiaciones. En un da despejado, con

cielo limpio, la radiacin directa es preponderante sobre la radiacin difusa. Por el

contrario, en un da nublado no existe radiacin directa y la totalidad de la radiacin que

incide es difusa, pero siempre estarn presente en mayor o menos proporcin.

4.2.4. Radiacin en la Atmosfera Terrestre

Lamentablemente la energa que el sol entrega se va perdiendo progresivamente

en las diferentes capas de la atmosfera terrestre como se aprecia en la siguiente tabla.


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Tabla 4.2. Distribucin porcentual de la radiacin

Distribucin de la Radiacin %

Reflexin de Nubes 23,2

Absorcin de la Atmosfera 22,9Reflexin del Suelo 6,7

Absorcin suelo 47,2

La distribucin de la radiacin en la atmosfera y en el suelo se aprecia en el

siguiente esquema, tomando como ejemplo la ciudad de Pucn durante el mes de

septiembre.

Figura 4.9.Distribucin de radiacin en la atmosfera


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En trminos generales, la radiacin solar que e

comparación de fuentes de energia renovables vs electrificación convencionalen proyecto de...

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