Universidad & ciencia
Vol. 14, No. 3, septiembre-diciembre, (2025)
ISSN: 2227-2690 RNPS: 2450
Universidad de Ciego de Ávila, Cuba
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Vol. 14, No. 3, septiembre-diciembre, (2025) |
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ISSN: 2227-2690 RNPS: 2450 |
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Universidad de Ciego de Ávila, Cuba |
El bombeo eólico y su impacto en el desarrollo local
Wind pumping and its impact on local development
Jorge Álvarez Martínez1
https://orcid.org/0009-0000-0209-8601
Ovadis Faez Castillo2
https://orcid.org/0009-0006-9816-2252
Bertha Margarita Platero Guerra3
https://orcid.org/0009-0000-3695-0989
https://orcid.org/0000-0003-3713-3408
Dayma Carmenates Hernández5
https://orcid.org/0000-0001-5482-7562
1Empresa de Investigaciones y Proyectos Hidráulicos, Ciego de Ávila, Cuba
2Empresa de Servicios Ingenieros Hidráulicos, Ciego de Ávila, Cuba
3Empresa de Aprovechamiento Hidráulico, Ciego de Ávila, Cuba
4Universidad de Ciego de Ávila Máximo Gómez Báez, Ciego de Ávila, Cuba.
5Universidad Católica Sedes Sapientiae, Lima, Perú
jorge98alvarezmartinez@unica.cu ovadisfaezcastillo@gmail.com
berthamargaritaplateroguerra@gmail.com obrown@unica.cu
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Recibido: 2025/02/27 Aceptado: 2025/06/20 Publicado: 2025/10/14 |
Álvarez Martínez, J., Faez Castillo, O., Platero Guerra, B.M., Brown Manrique, O. y Carmenates Hernández, D. (2025). El bombeo eólico y su impacto en el desarrollo local. Universidad & ciencia, 14(3), e8831.
Introducción: el acceso al agua es fundamental para el desarrollo socioeconómico, especialmente en comunidades rurales con infraestructura limitada. El bombeo eólico, que utiliza energía renovable para extraer agua, se presenta como una solución sostenible para zonas aisladas, reduciendo costos operativos y la huella de carbono. Objetivo: analizar las potencialidades de la utilización del bombeo eólico y su impacto en el desarrollo local. Método: se realizaron parámetros técnicos esenciales para el funcionamiento los sistemas de bombeo accionados con energía eólica como la velocidad del viento, la densidad del aire, la altura de bombeo y el caudal de agua. Se describen las ecuaciones para el cálculo de la potencia disponible en el viento, el caudal de bombeo y la eficiencia del sistema. Se muestran las experiencias del diseñó de un sistema de bombeo eólico para riego localizado en el poblado de Modesto Reyes, Ciego de Ávila, considerando las necesidades hídricas del cultivo y las características del recurso eólico local. Resultados: El bombeo eólico en el poblado de Modesto Reyes demuestra ser una solución eficiente y sostenible para el abastecimiento de agua, aprovechando una velocidad promedio de viento de 5,22 m/s. Con un molino multipala de 3,5 m de diámetro, se logra bombear 25 m³ diarios, almacenando 8 000 L en 15,36 horas. Conclusiones: Este sistema resalta la importancia de la energía eólica para zonas rurales, ofreciendo una alternativa ecológica y económica para el acceso al agua y la satisfacción de las necesidades de riego de cultivos hortícolas.
Palabras clave: comunidades rurales; energía renovable; sostenibilidad
Abstract
Introduction: Access to water is essential for socioeconomic development, particularly in rural communities with limited infrastructure. Wind powered pumping, which uses renewable energy to extract water, emerges as a sustainable solution for isolated areas, reducing operational costs and carbon footprints. Objective: To analyze the potential of wind-powered pumping and its impact on local development. Method: Essential technical parameters for wind powered pumping systems were evaluated, including wind speed, air density, pumping height, and water flow rate. Equations for calculating available wind power, pumping flow rate, and system efficiency were described. The design of a wind powered pumping system for localized irrigation in Modesto Reyes, Ciego de Ávila, was presented, considering crop water requirements and local wind resource characteristics. Results: Wind powered pumping in Modesto Reyes proves to be an efficient and sustainable solution for water supply, utilizing an average wind speed of 5.22 m/s. With a multi blade windmill of 3.5 m in diameter, 25 m³ of water is pumped daily, storing 8 000 liters in 15.36 hours. Conclusion: This system highlights the importance of wind energy for rural areas, offering an ecofriendly and cost effective alternative for water access and meeting irrigation needs for horticultural crops.
Keywords: renewable energy; rural communities; sustainability
El acceso al agua es un factor esencial para el desarrollo socioeconómico, especialmente en comunidades rurales y aisladas donde la falta de infraestructura básica limita las oportunidades de crecimiento y bienestar (Márquez Bedoya et al., 2025). Más de 2 000 millones de personas en el mundo viven en países con estrés hídrico, y se estima que en este año 2025, dos tercios de la población global podrían enfrentar escasez de agua. Esta situación es particularmente grave en zonas rurales, donde el acceso a sistemas de bombeo de agua convencionales es limitado debido a la falta de electricidad o los altos costos de operación (Cabrales Ávila y Mejía Otero, 2022). En este contexto, el bombeo eólico representa una solución sostenible y eficiente, aprovechando la energía renovable del viento para extraer agua de pozos o fuentes superficiales.
El bombeo eólico es una tecnología que ha ganado relevancia en las últimas décadas debido a su capacidad para operar en zonas remotas sin necesidad de conexión a la red eléctrica. A diferencia de los sistemas de bombeo tradicionales, que dependen de combustibles fósiles o electricidad generada por fuentes no renovables, el bombeo eólico utiliza la energía cinética del viento para accionar una bomba mecánica o eléctrica, lo que reduce significativamente los costos operativos y la huella de carbono (Quiñonez Choquecota et al., 2019). Esta tecnología promueve la autonomía energética de las comunidades, al permitirles generar su propia energía de manera sostenible y accesible.
Uno de los principales beneficios del bombeo eólico es su contribución al desarrollo local. En regiones donde el acceso al agua es limitado, esta tecnología puede mejorar la disponibilidad de agua para riego, consumo humano y ganadería, lo que a su vez impulsa la seguridad alimentaria y la productividad agrícola (Korkeakoski y Filgueiras Sainz de Rozas, 2022). Además, el bombeo eólico puede generar empleo local en la instalación, mantenimiento y operación de los sistemas, lo que contribuye al desarrollo económico de las comunidades (Clementi, 2014).
A pesar de sus ventajas, la implementación del bombeo eólico requiere un análisis técnico y económico detallado. Factores como la velocidad del viento, la altura de bombeo y la eficiencia del sistema son críticos para determinar la viabilidad de estos proyectos (Correa Henao y Rojas Zerpa, 2017). Además, es necesario considerar aspectos sociales y culturales, como la aceptación de la tecnología por parte de las comunidades y la disponibilidad de recursos humanos capacitados para su operación (Basán Nickisch et al., 2017).
Este artículo de revisión bibliográfica explora los elementos fundamentales para el diseño de sistemas de bombeo eólico, incluyendo la selección de aerobombas, los componentes del sistema, la potencia disponible en el viento y el cálculo del caudal de bombeo. Además, examina la eficiencia del sistema, sus aplicaciones prácticas y experiencias específicas en la provincia de Ciego de Ávila, Cuba. El estudio analiza información valiosa para optimizar el uso de la energía eólica en el bombeo de agua, proporcionando una visión integral sobre los parámetros esenciales y las consideraciones técnicas necesarias para su implementación efectiva en contextos reales. El objetivo de este trabajo es analizar las potencialidades de la utilización del bombeo eólico y su impacto en el desarrollo local.
Los sistemas de bombeo con energía eolica son esenciales en las comunidades rurales debido a que proporcionan acceso sostenible al agua con fines de abasto y riego agrícola (Palacios Vélez y Escobar Villagrán, 2016). Estos sistemas reducen la dependencia de los combustibles fósiles, los costos operativos y contribuyen a la autosuficiencia energética, la conservación del medio ambiente y el mejoramiento de la calidad de vida (Oswald, 2017).
El bombeo eólico es una tecnología que utiliza la energía del viento para extraer agua de pozos, ríos o embalses, siendo especialmente útil en zonas rurales y aisladas donde el acceso a la electricidad es limitado. Esta técnica ha ganado relevancia en las últimas décadas debido a su sostenibilidad y su capacidad para promover el desarrollo local. Sin embargo, su implementación requiere la medición de parámetros clave, la selección de métodos adecuados y la aplicación de ecuaciones específicas para garantizar su eficiencia y viabilidad (Brown Manrique et al., 2018).
Parámetros fundamentales
La velocidad del viento es el parámetro más importante en el diseño de un sistema de bombeo eólico, ya que determina la cantidad de energía disponible para el bombeo. Se mide en metros por segundo y puede variar significativamente según la ubicación geográfica y la altura sobre el nivel del suelo. La medición se realiza mediante un anemómetro de cazoleta instalado a una altura de dos metros con datos de treinta años tomado de forma sistemática según el sistema trihorario. Es muy importante contar con suficiente información para capturar las variaciones estacionales (Burbano y Narváez, 2021).
Antes de la instalación de un sistema de bombeo eólico, es esencial realizar una evaluación detallada del recurso eólico en la ubicación seleccionada (Guacaneme et al., 2014). En este incluye: el análisis de datos históricos a partir de registros de las estaciones meteorológicas cercanas para estimar la velocidad del viento promedio y la modelación computacional a partir del análisis estadístico de los vientos para predecir el potencial eólico.
La densidad del aire afecta directamente la cantidad de energía que puede ser capturada por un aerogenerador. Se mide en kilogramos por metro cúbico y depende de factores como la altitud, la temperatura y la presión atmosférica. Este parámetro es importante en el bombeo eólico, ya que influye en la cantidad de energía que el viento puede transferir al sistema. Su determinación depende de la presión atmosférica, la constante de los gases ideales y la temperatura (Castro García et al., 2013). La densidad del aire se calcula como se muestra en la Figura 1 a partir de la siguiente ecuación:
Figura 1
Cálculo de la densidad del aire
Donde P es la presión atmosférica (Pa), R la constante de los gases ideales (287 J/kg·K para el aire), T la temperatura absoluta (oK).
La altura de bombeo es la distancia vertical entre la fuente de agua y el punto de descarga. Se mide en metros (m) y es un factor determinante en la cantidad de energía requerida para el bombeo. Se determina mediante técnicas topográficas considerando la diferencia entre las cotas de los niveles de agua en la fuente y el reservorio. Es necesario adicionar las pérdidas de energía por que se produce durante la circulación del agua por el interior de la tubería, la cual se determina mediante ecuaciones hidráulicas para la estimación del coeficiente de fricción (f), el cual depende esencialmente de la velocidad del flujo (v), el diámetro del conducto (D), la longitud (L) y la viscosidad dinámica (μ) entre otros (Mesa y González, 2022).
El caudal de agua es el volumen de agua que se puede bombear en un período de tiempo determinado. Se mide en litros por segundo o metros cúbicos por hora. La medición de este parámetro se realiza mediante el aforo volumétrico o la utilización de caudalímetros, que pueden ser de tipo mecánico, electromagnético o ultrasónico.
Selección de la aerobomba
La selección de la aerobomba adecuada es fundamental para garantizar la eficiencia del sistema. Los factores a considerar son los siguientes: la potencia nominal la cual debe ser compatible con la demanda de agua y la velocidad del viento disponible; la altura de la torre; pues a mayor altura, mayor velocidad del viento y tipo de bomba (Rodríguez Borges y Sarmiento Sera, 2015). En Cuba la bomba más utilizada es la volumétrica, clasificada como bomba de desplazamiento positivo.
Diseño del sistema de bombeo
El diseño del sistema de bombeo debe considerar los componentes siguientes: tuberías dimensionadas correctamente para minimizar las pérdidas por fricción; almacenamiento de agua en tanques de almacenamiento para garantizar un suministro continuo y sistema de control mediante sensores de nivel de agua y controladores de velocidad, el cual puede ser incluido para optimizar la operación.
La potencia disponible en el viento se calcula teniendo en cuenta el área barrida por las aspas del rotor y la velocidad del viento (Eraso Checa et al., 2018). Para la determinación de este parámetro (Figura 2) se emplea la siguiente ecuación:
Figura 2
Potencia disponible en el viento
Donde P es la potencia disponible en el viento (W), ρ la densidad del aire (kg m-3), A el área barrida por las aspas de rotor eólico (m²) y v la velocidad del viento (m s-1).
Esta potencia se utiliza para calcular el caudal de agua que puede ser bombeado en función de la altura de bombeo y la eficiencia del sistema (Burbano y Narváez, 2021). Para la determinación del caudal (Figura 3) se emplea la siguiente ecuación:
Figura 3
Caudal de agua que puede ser bombeado
Donde P es la potencia disponible en el viento (W), η la eficiencia del sistema (adimensional), ρ la densidad del agua (1000 kg m-3), g la aceleración debido a la gravedad (9,81 m s-2), H la altura de bombeo (m).
La energía específica requerida para bombear agua representa la energía necesaria por unidad de masa para elevar el agua a una altura determinada. Para la determinación de la energía específica (Figura 4) se emplea la siguiente ecuación:
Figura 4
Energía específica requerida para bombear agua
La eficiencia del sistema de bombeo eólico incluye a la eficiencia de la bomba (60-80 %), la eficiencia del aerogenerador (30-50 %) y la eficiencia del sistema de transmisión (90-95 %). Para la estimación de la eficiencia del sistema de bombeo eólico (Figura 5) se emplea la siguiente ecuación:
Figura 5
Eficiencia del sistema de bombeo eólico
Donde η es la eficiencia del sistema de bombeo eólico, ηb la eficiencia de la bomba, ηg la eficiencia del aerogenerador, ηt la eficiencia del sistema de transmisión.
Aplicaciones prácticas del bombeo eólico
El bombeo eólico tiene una amplia gama de aplicaciones, incluyendo el riego agrícola para la mejora de la productividad de los cultivos y el abastecimiento de agua potable a comunidades rurales. Este tipo de bombeo ha demostrado ser altamente efectivo en el riego agrícola, especialmente en zonas rurales donde el acceso a la electricidad es limitado, permitiendo el riego de cultivos sin depender de combustibles fósiles o infraestructura eléctrica (Benítez Leyva et al., 2014). El bombeo eólico puede aumentar significativamente la productividad agrícola en regiones con recursos eólicos adecuados, como el norte de África y América Latina.
En países como Argentina y México, proyectos de bombeo eólico han permitido el riego de cultivos como maíz, trigo y hortalizas, mejorando la seguridad alimentaria y reduciendo la dependencia de lluvias. Además, esta tecnología es económica y ambientalmente sostenible, ya que reduce los costos de operación y minimiza la huella de carbono (Idrobo Pacheco et al., 2021). Estudios recientes indican que el bombeo eólico es más económico que los sistemas de bombeo diésel en zonas remotas.
Experiencias del bombeo eólico en la provincia de Ciego de Ávila
Investigaciones realizadas por Brown Manrique et al. (2016) para el diseño de un sistema de bombeo eólico con fines de suministro de agua y energía a una instalación de riego localizado en el poblado Modesto Reyes demostraron en el cultivo de hortalizas sembradas con un marco de plantación de 0,85 m² y demanda de 12,30 m³ diarios, que las necesidades hídricas de 186 mm de agua semanales, pueden satisfacerse en 1,32 horas con un caudal de 3,04 mm/h y un volumen de 8 000 L almacenados en un tanque elevado.
La literatura internacional actual sobre bombeo eólico destaca su potencial como solución sostenible para el acceso al agua en zonas rurales, alineándose con el objetivo de esta investigación. Estudios recientes enfatizan la importancia de evaluar parámetros técnicos como la velocidad del viento, la altura de bombeo y la eficiencia del sistema para garantizar su viabilidad. Además, se resalta su impacto en el desarrollo local para el mejoramiento de la seguridad alimentaria y la productividad agrícola; sin embargo, se señala la necesidad de considerar aspectos sociales y culturales en su aceptación y operación efectiva. Este análisis proporciona un marco integral para optimizar el diseño e implementación de sistemas de bombeo eólico que contribuyan al desarrollo sostenible.
El bombeo eólico se presenta como una tecnología sostenible y eficiente, con un impacto positivo en el desarrollo local, especialmente en zonas rurales. Su implementación requiere un análisis técnico riguroso, que incluya la medición de parámetros fundamentales, la selección de métodos adecuados y la aplicación de ecuaciones específicas. En la localidad de Modesto Reyes, provincia de Ciego de Ávila, el potencial eólico disponible garantiza el bombeo de agua para el riego de cultivos hortícolas mediante la técnica de riego localizado. El adeduado diseño y operación esta tecnología puede mejorar significativamente el acceso al agua, contribuyendo al desarrollo agrícola y a la sostenibilidad ambiental en la localidad.
Basán Nickisch, M., Lahitte, A., Sosa, D., Sánchez, L. y Tosolini, R. (2017). Aguadas para ganadería bovina en los bajos submeridionales y áreas de influencia. Fave. Sección ciencias agrarias, 16(1), 11-38. https://www.scielo.org.ar/pdf/fave/v16n1/v16n1a01.pdf
Benítez Leyva, L. V., De la Rosa Andino, A. A., Jácome Cadena, J. F., y Paredes Palomeque, C. R. (2014). Estrategia de penetración de recursos energéticos renovables en la provincia Granma, a través de Análisis de Procesos Jerárquicos. Revista Ciencias Técnicas Agropecuarias, 23(1), 18-24. http://scielo.sld.cu/pdf/rcta/v23n1/rcta03114.pdf
Brown Manrique, O., Díaz Ruiz, R., y Díaz Mizo, R. (2016). Sistema de captación de agua de lluvia para la producción hortícola en condiciones de organopónico. Universidad & ciencia, 5(1), 12-27. https://revistas.unica.cu/index.php/uciencia/article/view/226
Brown Manrique, O., Méndez Jurjo, N., y Bernal Espinosa, M. (2018). Evaluación de un sistema de micro irrigación accionado por energía eólica. Revista Ciencias Técnicas Agropecuarias, 27(1), 13-21. http://scielo.sld.cu/pdf/rcta/v27n1/rcta02118.pdf
Burbano, V. y Narváez, R. (2021). Evaluación de la pre factibilidad para la generación de energía eléctrica mediante la sinergia entre las energías eólica y almacenamiento por bombeo de agua en la isla San Cristóbal-Galápagos. Revista Técnica energía, 17(2), 29-43. http://scielo.senescyt.gob.ec/pdf/rte/v17n2/2602-8492-rte-17-02-00029.pdf
Cabrales Ávila, F.D.C. y Mejía Otero, R. A. (2022). Sistemas fotovoltaicos. solución energética en las comunidades aisladas. Revista de investigación interdisciplinar en biodiversidad y desarrollo sostenible, ciencia, tecnología e innovación y procesos productivos industriales, 9(2), 1-25, https://dialnet.unirioja.es/servlet/articulo?codigo=8740373
Castro García, M., Rojas Sola, J. I., y Carranza Cañadas, M. D. P. (2013). Caracterización tecnológica de los molinos de viento mediterráneos españoles. Dyna, 80(177), 22-30. http://www.scielo.org.co/pdf/dyna/v80n177/v80n177a03.pdf
Clementi, L. (2014). De molinos y quijotes: Energía eólica y cooperativismo en el sur bonaerense. Estudios Socioterritoriales, 15, 77-105. https://www.scielo.org.ar/pdf/esso/v15/v15a04.pdf
Correa Henao, G. J. y Rojas Zerpa, J. C. (2017). Marco de referencia para la planificación de generación distribuida en zonas no interconectadas. Iteckne, 14(1), 70-87. http://www.scielo.org.co/pdf/itec/v14n1/v14n1a09.pdf
Eraso Checa, F., Escobar Rosero, E., Paz, D. F. y Morales, C. (2018). Metodología para la determinación de características del viento y evaluación del potencial de energía eólica en Túquerres-Nariño. Revista científica, (31), 19-31. http://www.scielo.org.co/pdf/cient/n31/2344-8350-cient-31-00019.pdf
Guacaneme, J. A., Velasco, D. y Trujillo, C. L. (2014). Revisión de las características de sistemas de almacenamiento de energía para aplicaciones en micro redes. Información tecnológica, 25(2), 175-188. https://www.scielo.cl/pdf/infotec/v25n2/art20.pdf
Idrobo Pacheco, H. L., Murillo Arango, W., Lara Galvis, J. D., y Chávez Ruiz, D. F. (2021). Rendimiento de un Sistema Solar Fotovoltaico Mixto (Policristalinos y Amorfo) Usado como Suministro Energético en un Contexto de Tecnificación Cafetera. Producción+ Limpia, 16(2), 26-46. http://www.scielo.org.co/pdf/pml/v16n2/1909-0455-pml-16-02-26.pdf
Korkeakoski, M. y Filgueiras Sainz de Rozas, M. L. (2022). Una mirada a la transición de la matriz energética cubana. Ingeniería Energética, 43(3), 40-47. http://scielo.sld.cu/pdf/rie/v43n3/1815-5901-rie-43-03-40.pdf
Márquez Bedoya, A., Carvajal Quintero, S. y López García, D. (2025). Energía sostenible en zonas aisladas de América Latina: revisión de la integración del enfoque WEF Nexus para impulsar el desarrollo rural. Revista Información tecnológica, 36(1), 1-14, http://dx.doi.org/10.4067/s0718-07642025000100001
Mesa, Y. M., y González, E. A. (2022). Evaluación económica de un equipo de bombeo solar para abastecimiento de agua al ganado en Cuba. Revista Ciencias Agropecuarias (RCA), 8(2), 4. https://dialnet.unirioja.es/servlet/articulo?codigo=9902112
Oswald, Ú. (2017). Seguridad, disponibilidad y sustentabilidad energética en México. Revista mexicana de ciencias políticas y sociales, 62(230), 155-195. https://www.scielo.org.mx/pdf/rmcps/v62n230/0185-1918-rmcps-62-230-00155.pdf
Palacios Vélez, O. L., y Escobar-Villagrán, B. S. (2016). La sustentabilidad de la agricultura de riego ante la sobreexplotación de acuíferos. Tecnología y ciencias del agua, 7(2), 5-16. https://www.scielo.org.mx/pdf/tca/v7n2/2007-2422-tca-7-02-00005.pdf
Quiñonez Choquecota, J., Huanca Callata, E., y Holguino Huarza, A. (2019). Caracterización del recurso eólico en la ciudad de Juliaca. Revista de Investigaciones Altoandinas, 21(1), 57-68. http://www.scielo.org.pe/pdf/ria/v21n1/a05v21n1.pdf
Rodríguez Borges, C. y Sarmiento Sera, A. (2015). Competitividad de los sistemas híbridos eólicos-fotovoltaicos para la electrificación rural. Ingeniería Mecánica, 18(1), 12-22. http://scielo.sld.cu/pdf/im/v18n1/im02115.pdf
Conflicto de interés
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