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1. INTRODUCCION
Se desarrolló de un modelo experimental de una chimenea solar - eólica que cuenta con tres subsistemas de generación eléctrica: solar térmico, solar fotovoltaico y eólico, para suministro eléctrico de una edificación dentro del campus universitario de la Universidad Nacional de Ingeniería; considerando las áreas libres disponibles. Se instaló en la mejor ubicación debido al requerimiento de área del colector, tomando en cuenta los recursos energéticos, mantenimiento y facilidad de evaluación de parámetros de producción.
Usando información del Mapa Interactivo NREL [12] obtenemos una irradiación media igual a 
. Para validar la información local, se tomó datos de radiación en la zona de implantación del modelo usando un radiómetro según metodología [6]. Además, se diseñó un sistema de adquisición de datos con sensores para la evaluación flujo interno del subsistema solar térmico.
En el subsistema eólico, se evaluó el recurso usando el mapa interactivo de energías renovables (Atlas eólico) [11] y también se midió la velocidad con un anemómetro, usando fundamentos de eólica [1].
Una vez realizado la toma de datos, se procedió a su tratamiento estadístico para determinar valores medios, tendencias de modelos de los recursos. Con esta información se pronosticó producción mensual de energía eléctrica del modelo. En la siguiente etapa se realizó el diseño mecánico de los subsistemas eólico -solar. A continuación, se realizó los esquemas de funcionamiento y simulación de todos los subsistemas. Para la simulación de flujo de aire interno se tomó como referencia los artículos ([7],[8]), usando un volumen de control por sector discretizado complementando la ecuación diferencial de energía estableciendo condiciones iniciales, resolviendo 6 ecuaciones diferenciales usando MATLAB [4], para determinar la evolución de parámetros. El siguiente paso fue la elaboración los planos preliminares y construcción de planta. Finalmente se evalúo la planta y se presentó las conclusiones correspondientes.
En lo que respecta al estado del arte en el Perú del modelo desarrollado, son pocas las Universidades que cuentan en su campus con instalaciones experimentales Se trata de realizar modelos de sistemas autónomos de energía no convencionales e innovadores a nivel modular, para poder replicarlo y masificarlo en nuestro país, como parte de la atenuación del calentamiento global.
2. ANTECEDENTES
Isidoro Cabanyes 1843-1915, desarrollo un prototipo de una chimenea solar basado en los conocimientos de física, matemáticas. Su proyecto tuvo como objetivo la generación de electricidad existen evidencias materiales lo cual se muestra a continuación:
Su prototipo estaba conformado por un colector térmico de cinco paneles con una pendiente mayor de 30 grados, la cual contaba con una chimenea central de sección rectangular de 10 tramos, con una altura aproximada 17 m y base de colector en forma polígono (pentágono) inscrita en un diámetro aproximado de 8m reforzada con materiales artesanales.
TABLA II Características de chimeneas solares según potencia.
Nota: Parámetros y dimensiones según potencia.[2].
En 1931 Gunter desarrolla sistemas basados en lo que se denominó en su momento como tecnología de torre, en este caso el suelo y la cubierta forman un colector, que cuenta una cubierta de cristal con abertura a lo largo de todo su perímetro, basado en el principio convectivo, por la diferencia de densidades para que el aire ascienda por la chimenea. Posteriormente en 1982 la empresa SBP instalo una planta piloto de 50 kW (a 50 kilómetros de Madrid) con una torre de 195 m en un campo colector de 240 m de diámetro; está central solar denominada Manzanares fue desarrollada por el Departamento de Investigación Tecnológica de RFA. También existe referencia que se ha desarrollado una chimenea con un área de colector de 7000 m de diámetro, con una radiación promedio por día de (6.301 kWh/m2) con una capacidad energética en el intervalo de 700 a 800 GWh.
3. METODOLOGÍA
3.1 RECURSOS ENERGÉTICOS
3.1.1 RECURSO EÓLICO
A partir de la información de la coordenadas longitud y latitud del punto de implantación del modelo, se ingresa al visor del Atlas Eólico 2016 [11] y se obtiene la dirección y velocidad media de viento.
Velocidad media de viento
Ingresando a la zona específica se pueden descargar los datos los cuales se muestra a continuación:
Haciendo clic en los datos específicos de ubicación, obtenemos:
Luego se descarga la data bruta mediante los archivos en formato TAB que corresponde a la ubicación específica como se muestra:
Estos datos se pueden cargar en un programa Matlab para obtener los parámetros Weibull que corresponden a la ubicación específica y validar la velocidad media y la dirección obtenidas del visor, cuyos resultados se detalla:
Velocidad media igual a 2.4786 m/s
La rosa de direcciones al ejecutar el programa que válida los resultados del visor.
Además de obtener los parámetros Weibull en la ubicación especifica:
Parámetro de forma, K = 1.3147
Parámetro de escala, C = 2.1630
El conocimiento de la ley de distribución de la velocidad permite calcular su potencial energético y la energía que puede producir un aerogenerador.
En la mayoría de casos de interés energético, la distribución de probabilidad de la velocidad de viento, sigue aproximadamente la densidad p(v) probabilidad de Weibull.
3.2 DESCRIPCIÓN DEL MODELO
Teniendo como referencia el nivel de irradiación del funcionamiento de las centrales solares de chimenea el cual oscila entre 
, verificaremos la irradiación del recurso solar en nuestro país.
Obteniendo los recursos renovables y considerando la estabilidad de un micro sistema energético se ha desarrollado un SCPPFW integral aprovechado toda su infraestructura:
Un subsistema eólico, ubicado en la parte alta con capacidad para agregar 6 aerogeneradores en tres niveles los cuales se apoyarán en la estructura tubular de la chimenea específicamente tramo V. En el modelo solo se implant0 2 aerogeneradores. Dependiendo del recurso eólico podrán suministrar como máximo 180 W.
Un subsistema fotovoltaico ubicado en la parte superficie lateral de bloque II y III, con paneles de 5 w haciendo un total de 40 W; complementado en la periferia externa del colector paneles de 15 w aportando 1080 W.
El subsistema solar termoeléctrico central con una potencia nominal de 50w, dependiendo del recurso solar.
La potencia nominal que podrá suministrar la chimenea solar - eólica será 1190 W.
La energía primaria proporcionada por este sistema integral se ha canalizado y converge en un sistema de almacenamiento integral y censado cuyo diseño en forma de columna está ubicado en la parte externa al colector.
Debido a todo lo descrito el nombre que corresponderá a este sistema será SCPPFW, por el aporte fotovoltaico y eólico, además de aprovechar en forma eficiente los espacios que ocupa un SCPP tradicional debido a su naturaleza.
3.2.1 COLUMNA DE MONITOREO Y ALMACENAMIENTO
Su estructura de monitoreo ha sido construida con perfil estructural, para poder contener dos tarjetas en la parte superior el gabinete, además de los sistemas de regulación de la energía primaria, así como la tarjeta de censado de los parámetros termoeléctricos. En la parte central se ubica el sistema de trasformación de voltaje continuo en alterno para suministro de energía, control y almacenamiento en banco de baterías; garantizando el suministro de energía para el sistema de censado de las variables termoeléctricas.
3.2.2. COLECTOR TÉRMICO
El subsistema térmico constituido por un colector térmico de 10.5 m de diámetro, el cual tiene instalado en la parte central una turbina de 0.860 m diámetro.
La estructura se construyó con perfiles T de 1 1/2” x 1 ½” articulados al bloque I de la chimenea, la cual cuenta con doce sectores circulares. Para poder unificar con la parte central se usó el perfil T a 2.25 m del punto de pívot y para cerrar la periferia se usó L estructural de 1” x1”. Se consideró una pendiente de 3 grados considerado como referencia similitud geométrica de sistemas SCPP construidos [9].
En la cubierta se utilizó plástico estándar número 12, desarrollando una plantilla para unir el plástico con la estructura, sector por sector mediante pegamento.
3.2.3 SUBSISTEMA FOTOVOLTAICO
A) Se diseño bastidores por sectores donde se alojó 6 paneles de 15 W, conectados en paralelo para poder disponer de 90 W por sector, teniendo la posibilidad de replicar en toda la periferia un total de 1.080 kW.
B) Para el subsistema fotovoltaico parte b se utilizó la superficie lateral de la sección de transición de bloque I y II. Esto está montado a 1.75 m de la línea cero de la chimenea solar conformado por 8 paneles fotovoltaicos de 5 W cada uno, obteniéndose una potencia total de 40w.
C) En el subsistema fotovoltaico parte c se dispone toda la superficie lateral del bloque III el cual asciende a 4.18 m2 donde se cuenta con una capacidad potencial de 330 W; se utilizará también paneles de 5 W.
3.2.4 CHIMENEA
La chimenea estructuralmente cuenta con 5 bloques, los cuales se articulan mediante bridas dispuestos en todo el diámetro, alcanzando una altura total de 8.7320 m, los bloques II, III, IV y V están fabricados con fibra de vidrio en sus variedades MAT 450, MAT 300 y tela roving que van desde 4 capas en el bloque II, hasta 2 capas en el bloque V. La turbina térmica se ha instalado en el bloque II, mediante un puente estructural fabricado de tela roving con resina. El bloque I está conformado con materiales mixtos, tanto fibra de vidrio como acero estructural en una cantidad de 8 ejes de 5/8” dispuestos en todo el diámetro, el cual tiene la función de soportar todo el peso de la estructura, este bloque está unido al anclaje de cimentación con una brida cuadrada fabricada con platina y unida mediante pernos de ½” grado 8. Articulado al bloque I se encuentra el colector térmico conformado por 12 brazos de perfil estructural T, de 1 ½”.
3.2.5 SUBSISTEMA EÓLICO
Constituido por dos aerogeneradores similares de 3 álabes, los cuales están articulados a la chimenea mediante un sistema estructural fabricado con perfiles construidos con fibra de vidrio. Los aerogeneradores tienen fuselaje aerodinámico para disminuir el efecto de la fuerza de arrastre. La turbina utilizó perfil aerodinámico NACA 624, la energía generada será canalizada por la superficie lateral del ducto central de la chimenea.
3.3 CARACTERIZACIÓN MODELAMIENTO Y SELECCIÓN DE LOS SUBSISTEMAS
La central eléctrica de la chimenea solar básica (SCPPFW) forma parte del Grupo térmico de tecnologías de conversión solar indirecta.
3.3.1 SUBSISTEMA EÓLICO
I. Se ha de considerado una potencia nominal (Pnom) que oscila entre 10w a 60w estas son las etapas para su dimensionamiento.
II. Cálculo preliminar considerando:
TABLA III. Datos de entrada para diseño de subsistema eólico
| Datos de entrada | Símbolo | Valor |
| Potencia nominal(w) | Pnom | 10 |
| Velocidad nominal(m/s) | Vnom | 5 |
| Rendimiento del generador | ngen | 0.8 |
| Rendimiento del multiplicador | nmult | 0.8 |
| Rendimiento mecánico | nmec | 0.8 |
| Rendimiento total | nt | 0.512 |
II.1 Calculo del diámetro del rotor
Considerando un coeficiente de potencia y condiciones de atmosféricas estándar.
P: Potencia en el rotor.
D: Diámetro del rotor
V: Velocidad nominal
nt : Eiciencia total
II.2 Considerando el coeficiente de potencia y la recomendación para el número de palas P en función de la celeridad 
.
TABLA IV Celeridad con número de álabes.
Nota: La celeridad es la relación de velocidades entre la del viento y la periférica del rotor.
Seleccionamos P=3, 
III. Cálculo aerodinámico del largo de álabe.
De acuerdo a las ecuaciones de conservación de masa y primera ley de la termodinámica aplicada a los volúmenes de control, obtenemos la ecuación que nos permite determinar el ancho local de álabe en función del radio.
Donde Cz coeficiente sustentación del perfil aerodinámico, K factor de interferencia axial, P número de álabes y L ancho del álabe de una sección.
Los valores de K, I, L son funciones de 
; para cada valor de 
, se puede calcular el valor correspondiente de 
, por tanto, el valor de k y finalmente el valor de L para la máxima transferencia de potencia.
Para determinar el factor de interferencia axial usaremos:
En nuestro caso para el perfil NACA 624, Cz=0.926, CD=0.0165 y ángulo de ataque 
.
IV. Dimensionamiento del subsistema eólico y simulación
Para obtener los parámetros se elaboró un programa en MATLAB con los siguientes datos de entrada:
V. Diseño de aleta estabilizadora y vistas.
Se elaboro un programa en MATLAB para el diseño de la aleta estabilizadora usando las siguientes recomendaciones:
Se considera para la distancia L (eje de orientación- centro de la aleta) un valor igual a 4E, siendo E la distancia del eje de orientación al plano de rotación de la hélice, la superficie s de la aleta debe tener, en función del área del rotor S, [3].
TABLA VI. Datos de entrada programa aleta estabilizadora
| Datos de entrada | Símbolo | Unidad | Valor |
| Número de álabes | P | - | 3 |
| Diámetro del rotor | D | m | 0.86 |
| Distancia del eje de orientación al plano de la hélice | E | m | 0.12 |
Luego de cargar los datos de entrada en el programa desarrollado en MATLAB se obtiene:
Se ha fabricado los aerogeneradores de acuerdo al diseño preliminar, tomando como referencia el aerogenerador térmico el cual tiene un diámetro de 0.860 m, debido a la limitación del bloque II del ducto central de la chimenea; los aerogeneradores superiores correspondientes al bloque V tienen un diámetro de 1 m, para garantizar arranque debido a nivel escaso de recurso eólico y la presentación de obstáculos donde se instaló, calificado como zona rugosa.
3.3.2 DIMENSIONAMIENTO DEL SUBSISTEMA FOTOVOLTAICO
Dentro de los espacios disponibles que se puede utilizar en la estructura de la chimenea solar- eólica considerando los siguientes criterios:
No afectar el proceso termo - fluido de la chimenea y facilidad de acceso e instalación.
Se disponen espacio en la superficie lateral del colector aproximadamente 15 m2, en los que dispondremos paneles en cantidad de 6, por cada sector haciendo un total de 1080 W (subsistema fotovoltaico parte a), las dimensiones del panel son 35 cm x35 cm policristalinos; se ha seleccionado este panel considerando su tamaño y aporte de potencia.
En el bloque III de la chimenea se dispone de dos espacios uno 7150 cm2 con una pendiente de 23 grados y otro en la superficie lateral vertical que asciende a 5.2336 m2. Considerando las medidas del panel fotovoltaico de 5 W, 21 cm x 30 cm, se pueden instalar como máximo 11 paneles, pero considerando el efecto de sombra se instaló 8 paneles de 5 W denominado (subsistema fotovoltaico parte b). Queda pendiente la superficie lateral vertical del bloque III, en la que se pueden instalar 66 paneles de 5 W, con una potencia total 330 w (subsistema fotovoltaico parte c).
Teniendo en cuenta la ubicación, el efecto del perfil de sombras y el ángulo de inclinación que por defecto que nos ofrece la superficie de la chimenea solar se recurrió al software PVSYS [14], a fin de obtener el porcentaje de disminución de potencia.
SELECCIÓN DEL SUBSISTEMA FOTOVOLTAICO Y SIMULACIÓN
TABLA VIII Resultados de la simulación en la superficie lateral del colector (Subsistema A)
| Panel | Acimut Panel | Elevación | Acimut sombra | Elevación Sombra | Producción MWh/año |
| 1 | 900 | 30 | -900 | 580 | 0.2 |
| 2 | 600 | 30 | -1200 | 580 | 0.2 |
| 3 | 300 | 30 | -1500 | 580 | 0.2 |
| 4 | 00 | 30 | -1800 | 580 | 0.2 |
| 5 | -300 | 30 | -2100 | 580 | 0.2 |
| 6 | -600 | 30 | -2400 | 580 | 0.2 |
| 7 | -900 | 30 | 900 | 580 | 0.2 |
| 8 | -1200 | 30 | 600 | 580 | 0.2 |
| 9 | -1500 | 30 | 300 | 580 | 0.2 |
| 10 | -1800 | 30 | 00 | 580 | 0.2 |
| 11 | -2100 | 30 | -300 | 580 | 0.2 |
| 12 | -2400 | 30 | -600 | 580 | 0.2 |
| Total | 2.4 |
Se puede visualizar que existen pequeñas variaciones con respecto a la producción de potencia debido a la radiación global horizontal respecto al ángulo de inclinación.
3.3.3 SUBSISTEMA SOLAR TÉRMICO, ECUACIONES MODELAMIENTO Y SIMULACIÓN
De la ecuación diferencial de continuidad, momentun, energía, y la aproximación de Bousnik podemos encontrar las ecuaciones básicas para la simulación.
Obteniendo el gradiente de velocidad en dirección radial, trabajando con cada término por separado:
Proceso de construcción del colector
De acuerdo con el diseño preliminar se dispone de una altura de chimenea de 8.52 m de altura, la cual cumplió con los criterios:
Estabilidad y relación de esbeltez moderada.
Deberá tener el diámetro suficiente transformar la energía térmica en energía cinética con cierta tolerancia por efecto cambio de densidad por aire caliente.
A partir de las dimensiones de la chimenea solar de Manzanares [9] se obtienen los factores adimensionales los cuales se muestran:
TABLA X Factores de similitud chimenea de referencia
| Factores de similitud | Valor |
| FACd=d/H | 0.0513 |
| FACD=D/H | 1.2308 |
| FACh=h/H | 0.0103 |
| FACUA=L/H | 0.0308 |
Teniendo como dato de ingreso los valores de la TABLA X, se ejecuta un programa en MATLAB para obtener los resultados mostrados en la TABLA XI.
TABLA XI Resultados de dimensiones del modelo aplicando similitud
| Descripción de dimensiones | Prototipo ( m) | Modelo (m) |
| Altura (H) | 195 | 8.52 |
| Diámetro(d) | 10 | 0.4369 |
| Diámetro colector(D) | 240 | 10.4862 |
| Altura periférica(h) | 2 | 0.0874 |
| Altura central(L) | 6 | 0.2622 |
El dato de ingreso del programa es el diámetro del colector y nos arroja todas las otras dimensiones. Considerando un diámetro de chimenea uniforme de 0.4369m, se dispone de un volumen de aire de chimenea de aproximadamente 1.274 m3. Lo cual tiene que ser fraccionado en bloques convergentes, aumentando el diámetro de bloque I, para tener un diámetro de bloque II, razonable y así implantar el aerogenerador térmico.
El dimensionamiento preliminar se realizó usando los principios de similitud tomando como referencia la chimenea solar de manzanares y adecuando estas las medidas estándares de los perfiles estructurales que corresponde 6 m, cuidando de minimizar las pérdidas de material por cortes del perfil en T de 1 1/2” se utilizó 4.5 m para el colector y el 1.5 m restante como templador estructural, toda la periferia con ángulo estructural de 1x1x 1/8”. La pendiente del colector es 3 % descendente hacia la periferia y tiene función calentar en una primera etapa el aire contenido por efecto invernadero y posteriormente convertir la energía térmica en energía de flujo convectivo hacia el ducto central en la chimenea solar - eólica.
3.3.4 SISTEMA DE ADQUISICIÓN DE DATOS Y DIAGRAMAS DE PLANTA
Se desarrollo un sistema de adquisición de datos para medir experimentalmente la temperatura y humedad relativa utilizando conceptos de electrónica básica y Arduino. Se uso los componentes que se muestran a continuación:
Además de la interfaz I2C, se ha realizado el diseño y construcción de la tarjeta donde se instalan todos los componentes realizando pruebas preoperativas y operativas para garantizar su eficacia.
El sensor de flujo de vapor es un sensor analógico y se puede hacer como un simple detector de agua de lluvia, vapor de agua e interruptor de nivel de líquido.
3.4 SUBSISTEMAS CONSTRUIDOS
3.4.1 SUBSISTEMA EÓLICO
Situado en el bloque superior del ducto central de la chimenea solar eólica. Constituido por dos aerogeneradores conectados en serie que se apoyan al ducto central a manera de torre, este modelo se puede replicar en el bloque V, obteniéndose un total de 6 aerogeneradores de 1 m de diámetro, con un aporte de potencia de 0.25 kW.
3.4.2 SUBSISTEMA SOLAR FOTOVOLTAICO
Ubicado en el bloque III actualmente tiene 8 paneles situados en toda la periferia de la base haciendo un total de 40 W, con capacidad de expansión en toda la superficie lateral del bloque III, con un total de 80 paneles de 5 W y una capacidad de 0.4 kW.
3.4.3 SUBSISTEMA SOLAR TÉRMICO
Situado en la base de chimenea está constituido de un colector solar térmico con un diámetro de 10.5 m, potencia esperada de 0.075 kW, en la parte central lleva instalado una turbina de 0.860 m de diámetro, con sensores de flujo, temperatura antes y después de la turbina. Además, se plantea un complemento fotovoltaico de expansión de 72 paneles fotovoltaicos en toda la periferia del colector haciendo un total de 1.08 kW.
La metodología para el sistema de adquisición de datos fue la siguiente:
Definir los volúmenes de control para ubicar los sensores, tanto para temperatura y humedad, como velocidad. La nomenclatura a utilizar será la siguiente:
TABLA XII Designación y ubicación de sensores
| Número | Descripción | Código |
| 1 | Sensor 1 temperatura | S1T |
| 2 | Sensor 2 temperatura | S2T |
| 3 | Sensor 3 temperatura | S3T |
| 4 | Sensor 1 velocidad | S1V |
| 5 | Sensor 2 velocidad | S2V |
| 6 | Sensor 0 velocidad | S0V |
b) Para establecer las ubicaciones tenemos que definir los volúmenes de acuerdo a las leyes de la termodinámica.
a)Volumen de control 2:
Se realizó el ensayo ubicando tres sensores de temperatura en dirección radial a fin de obtener el gradiente radial de temperatura como se puede apreciar en la Fig. 3.31.
4. ANÁLISIS DE RESULTADOS
4.1 SUBSISTEMA SOLAR TÉRMICO
Gradiente de temperatura en dirección radial
Gradiente de temperatura radial dT/dr
Subsistema térmico
TAMB=Es la temperatura ambiental
T01=Temperatura 1 en el colector térmico
T02=Temperatura 2 en el colector térmico
T03=Temperatura 3 en el colector térmico
RAD=Nivel de radiación en W/m2
TABLA XIII. Resultados experimentales
| TAMB ( 0C ) | T01 ( 0C ) | T02 ( 0C ) | T03 ( 0C ) | RAD(W/m2) |
| 21.1 | 25 | 28 | 27 | 210 |
| 21.1 | 26 | 29 | 26 | 200 |
| 21.3 | 28 | 32 | 28 | 240 |
| 22.0 | 29 | 32 | 29 | 240 |
| 21.1 | 30 | 35 | 31 | 230 |
| 21.1 | 30 | 35 | 33 | 250 |
| 22.3 | 31 | 35 | 32 | 250 |
| 20.7 | 30 | 33 | 34 | 260 |
| 22.5 | 31 | 36 | 33 | 270 |
| 23.9 | 31 | 37 | 34 | 260 |
| 23.5 | 32 | 38 | 35 | 280 |
| 23.7 | 32 | 37 | 33 | 280 |
| 23.5 | 32 | 39 | 35 | 260 |
| 22.3 | 32 | 37 | 34 | 290 |
| 23.9 | 33 | 38 | 35 | 310 |
| 23.9 | 34 | 40 | 37 | 350 |
| 22.5 | 32 | 38 | 34 | 300 |
| 23.5 | 33 | 39 | 35 | 330 |
| 23.3 | 32 | 38 | 35 | 310 |
| 23.3 | 32 | 39 | 36 | 300 |
| 22.7 | 33 | 40 | 37 | 310 |
| 22.9 | 33 | 40 | 35 | 320 |
| 23.9 | 33 | 40 | 36 | 330 |
| 23.9 | 34 | 41 | 33 | 330 |
Como resultado del ensayo se ha obtenido un gradiente de temperatura radial de 5 grados Celsius por metro, con un nivel de radiación 277.3913 W/m2.
A través del modelado del subsistema térmico se obtuvo 16 grados Celsius por metro considerando un nivel de radiación de 400 W/m2.
Cuadro resumen:
TABLA XV Cuadro resumen del ensayo para el subsistema térmico
| Parámetro | Ensayo 1 | Ensayo 2 |
| TAMB(0 c) | 22.6917 | 29.3000 |
| HAMB(%) | 58.2083 | 41.0278 |
| T01(0 c) | 31.1667 | 32.8611 |
| T02(0 c) | 36.5000 | 32.3714 |
| TO3(0 c) | 33.2083 | 39.7500 |
| Q1(ml/s) | 21.0833 | 9.1389 |
| Q2(ml/s) | 25.6250 | 9.0833 |
| H1(%) | 75.7917 | 68.2222 |
| H2(%) | 74.3750 | 64.0833 |
| Rad(w/m2) | 278.33 | 414.16 |
Los bajos niveles de radiación no permitieron un gradiente de temperatura radial significativo para poder vencer la inercia térmica de la chimenea, estos resultados ratifican los referentes que recomiendan niveles estables de radiación entre (700 a 900 W/m2), [7]. Sin embargo, se puede verificar que las ecuaciones de modelamiento desarrolladas y simuladas arrojan un nivel eficaz de predicción de temperaturas en el colector.
4.2 SUBSISTEMA EÓLICO
TABLA XVI Resumen de resultados del ensayo
| VEL (m/s) | I(A) | V(volt) | POTEO(w) | EFI |
| 2.6294 | 0.0877 | 19.6191 | 1.7209 | 0.325 |
| 1.3059 | 0.0877 | 8.8286 | 0.7744 | 0.2077 |
| 1.7858 | 0.0965 | 11.6600 | 1.1251 | 0.0722 |
| 3.5332 | 0.1307 | 5.9997 | 0.7856 | 0.0504 |
La tabla resumen muestra niveles de eficiencia eólica-eléctrica, lo que se justifica por estar ubicado en una zona de viento escaso como es la ciudad de Lima; con una media de velocidad de 2.48 m/s. Este resultado estaba previsto dado que en la etapa inicial de estudio se pudo descargar los niveles de recurso eólico para un año significativo medio. Lo importante es que se puede verificar que se puede integrar un subsistema eólico aprovechando los espacios de mayor altura dentro de la chimenea, además de canalizar esta energía hacia un sistema centralizado, de regulación y almacenamiento.
4.3 SUBSISTEMA SOLAR FOTOVOLTAICO
El subsistema fotovoltaico considerando la infraestructura de la chimenea trabajo en forma estable, los bajos niveles de eficiencia se deben a la baja luminosidad, que es característico a la ubicación del departamento de Lima, los significativo es que se pudo integrar aportando energía para el funcionamiento del sistema de adquisición de datos.
CONCLUSIONES
Se ha diseñado, construido y experimentado un modelo de chimenea solar - eólica, que cuenta con tres subsistemas de generación eléctrica; subsistema solar térmico, solar fotovoltaico y eólico. Las dimensiones del modelo son diámetro de colector 10.50 m, altura de chimenea 8.7320 m, el nivel de radiación durante los ensayos que oscila entre 115 y 414. 16 W/m2.
El subsistema estructural se ha diseñado generando el mínimo arrastre con forma cilíndrica y aerodinámica de tal forma que consta de 5 bloques unido mediante bridas, todo el subsistema estructural completamente desarmable y de fácil montaje; acoplado a un anclaje de cimentación cuyo comportamiento estable se ha verificado durante los ensayos.
El colector se ha construido de una manera práctica de fácil montaje articulado a la torre con 10.50 m de diámetro, con una pendiente de 3 %, con templadores en la parte media, el material utilizado ha sido T estructural de fierro de 1 ½”, con ángulo de 1” en la superficie perimetral, cuya cubierta es plástico número 12, adosada mediante pegamento al colector.
Los resultados de la experimentación del subsistema solar térmico se muestran en la tabla VI, teniendo como resultado relevante un gradiente de temperatura radial de 5 grados Celsius por metro, con un nivel de radiación 277.3913 W/m2; lo cual permite validar los resultados del modelado del subsistema térmico donde se obtuvo 16 grados Celsius por metro considerando un nivel de radiación de 400 W/m2.
Los resultados experimentales del subsistema eólico se muestran en la tabla VII donde se ha verificado el funcionamiento teniendo un mínimo aporte de energía lo cual estaba previsto por la mínima intensidad de velocidad de 2.48 m/s mostrado en la Fig. 3.3. Este subsistema está conformado por dos aerogeneradores instalados en el bloque V, conta de tres álabes con un diámetr0 de 0.86 m, envergadura de 0.512 m los cuales están mostrados en las Fig. 3.9 y Fig. 3.10 Los aerogeneradores están conectados en serie, además de tener una tarjeta elevadora de voltaje para y compensar pérdidas de potencial en el cable Fig. 3.24.
Los resultados experimentales del subsistema fotovoltaico se muestran en la tabla XVII, que corresponde al componente (a), los cuales se encuentran instalados en el bloque II cantidad de 8, donde cada panel tiene una potencia nominal de 5 W, Fig. 3.25.
El sistema de adquisición de datos está ubicado en la parte externa de la chimenea donde se han instalado los sensores de temperatura caudal y humedad, antes y después de la turbina térmica los cuales se muestran en las Fig. 3.21 y Fig. 3.27,además se ha complementado la toma de datos con cuatro multímetros con sensor de temperatura situados en el colector térmico, termo higrómetro y un radiómetro.
Finalmente se puede precisar que se han obtenido los parámetros termo eléctricos de la chimenea lo cual se muestra en detalle en la tabla resumen, en la que se puede destacar los datos de los subsistemas eólico y fotovoltaico; el subsistema térmico no ha generado energía debido a que el nivel de irradiación que oscila entre 122 y 414.16 W/m2. En la referencia de funcionamiento de las chimeneas solares se tiene un nivel medio de radiación de 800 a 910 W/m2 [7], lo cual verifica que el nivel de radiación no ha vencido la resistencia térmica para empezar un flujo convectivo.
