EVALUACIÓN DEL POTENCIAL EÓLICO

1. EVALUACIÓN DEL POTENCIAL EÓLICO

2. OBJETIVO Dar una breve descripción de los pasos a seguir para estimar el potencial eólico en sitios de interés

3. METODOLOGÍA PARA LA PROSPECCIÓN Y EVALUACIÓN DE SITIOS CON POTENCIAL EÓLICO Etapa I.- Obtención y análisis de datos 1.- Datos meteorológicos a) Viento en superficie b) Viento en atmósfera libre c) Registros horarios de viento 2.- Mapas topográficos de la zona de estudio Etapa II.- Investigación de Campo a) Uso potencial de suelo b) Modalidades de propiedad de la tierra c) Vías de comunicación d) Recursos naturales e) Distribución de la población f) Otros aspectos de interés

4. METODOLOGÍA PARA LA PROSPECCIÓN Y EVALUACIÓN DE SITIOS CON POTENCIAL EÓLICO Etapa III.- Prospección del recurso eólico en un área definida Etapa IV.- Verificación del área Etapa V.- Estudios específicos en los sitios de instalación de SCEE Etapa VI.- Estudios del comportamiento y eficiencia de SCEE

5. INSTRUMENTOS DE MEDICIÓN • Anemómetros de copas • Anemómetros de propelas • Anemómetros de tubo de presión • Anemómetros sónicos • Anemómetro de hilo caliente

6. INVESTIGACIÓN EN CAMPO EVIDENCIA ECOLÓGICA

7. INVESTIGACIÓN EN CAMPO EVIDENCIA ECOLÓGICA

8. INVESTIGACIÓN EN CAMPO EVIDENCIA ECOLÓGICA

9. INVESTIGACIÓN EN CAMPO SELECCIÓN DE SITIOS DE MEDICIÓN

10. Mapeo de Sitios

11. MAPEO DE SITIOS

12. INSTRUMENTOS DE MEDICIÓN

13. INSTRUMENTOS DE MEDICIÓN Anemómetro ultrasónico Anemómetro triaxial tipo Gill

14. EXPOSICIÓN DE SENSORES Velocidad y Dirección de Viento En un terreno abierto se deberá instalar el sensor a 10 metros de altura. Terreno abierto: área donde la distancia del sensor a cualquier obstrucción es al menos diez veces la altura de dicha obstrucción. Nota: en caso de que no se pueda tener este tipo de exposición los sensores deberán ser instalados a una altura tal que no sean influenciados por las obstrucciones.

15. CALIBRACION DE INSTRUMENTOS DE MEDICIÓN

16. MEDICIÓN DEL VIENTO Velocidad Estacionaria N = Número de muestras de la velocidad del viento durante un intervalo de 10 minutos (de preferencia 600) vi = Valores medidos de la velocidad del viento, en el intervalo de 10 minutos, con una frecuencia fm = 1 Hz

17. MEDICIÓN DEL VIENTO Desviación Estándar Intensidad de Turbulencia

18. MEDICIÓN DEL VIENTO EN LA ALTURA

19. Escala de Beaufort No. De BeaufortNombre en tierraEquivalente en velocidadCaracterísticas para la estimación 0 Calma 0-0.2 m/s El humo se eleva verticalmente. 1 Ventolina 0.3-1.5 m/s Se revela por el movimiento del humo pero no por las veletas. 2 Flojito 1.6-3.3 m/s El viento se percibe en el rostro, las hojas se agitan, la veleta se mueve. 3 Flojo 3.4-5.4 m/s Hojas y ramitas agitadas constante- mente, el viento despliega las bande- rolas. 4 Bonancible 5.5-7.9 m/s El viento levanta polvo y hojitas de papel, ramitas agitadas. 5 Fresquito 8-10.7 m/s Los arbustos con hojas se balancean, se forman olitas con crestas en los estanques.

20. Escala de Beaufort (continuación) No. De BeaufortNombre en tierraEquivalente en velocidadCaracterísticas para la estimación 6 Fresco 10.8-13.8 m/s Las grandes ramas se agitan, los hilos telegráficos silban, el uso de paraguas se hace difícil. 7 Frescachón 13.9-17.1 m/s Los árboles enteros se agitan, la marcha en contra del viento es penosa. 8 Duro 17.2-20.7 m/s El viento rompe las ramas, es impo- sible la marcha contra el viento. 9 Muy duro 20.8-24.4 m/s El viento ocasiona ligeros daños en las viviendas (arranca cañerías, chimeneas y tejados. 10 Temporal 24.5-28.4 m/s Raro en los continentes, árboles arrancadoS, importantes daños en las viviendas. 12 Huracán 32.7 m/s

21. INDICADORES DE LA INTENSIDAD DEL VIENTO Índice de Griggs-Putnam

22. INDICADORES DE LA INTENSIDAD DEL VIENTO Grado de Deformación

23. Ejemplo Si A=30°, B=15° y C=45° D = (30/15) + 1 = 3 Lo que indica que la velocidad media anual es de aproximadamente 5 m/s

24. Energía del Viento Energía Cinética La masa es: ---------- (2)  = Densidad del aire V = Volumen de aire A = Área transversal ---------- (1) Si: t = Tiempo Ec= Energía cinética m = Masa del aire v = Velocidad del aire Sustituyendo en (2) se tiene: ---------- (3) Finalmente sustituyendo (3) en (1) se tiene:

25. Energía del Viento Ejemplo Estimar la energía cinética al nivel del mar para una velocidad del viento de 6.8 m/s promedio en 10 minutos en un área de 1 m2 transversal al paso de éste. Respuesta: E = 0.5 (1.225 kg/m3) (1 m2) (6.8 m/s)3 (0.166 h) E = 31.97 Wh

26. Potencia del Viento Entonces: Si:

27. Potencia del Viento

28. Potencia del Viento Ejemplo Estimar la potencia al nivel del mar para una velocidad del viento de 6.8 m/s en un área de 1 m2 transversal al paso de éste. Respuesta: P = 0.5 (1.225 kg/m3) (1 m2) (6.8 m/s)3 P = 192.59 W

29. Estimación de la Densidad del Aire Siendo: ρsm = Densidad mensual, (kg/m³) Tm = Temperatura promedio mensual, (°C) z = Altura sobre el nivel del mar, (m)

30. Estimación de la Densidad del Aire Ejemplo Estimar la densidad del aire en un sitio ubicado a una altitud de 1350 m y cuya temperatura media es de 22 °C. Respuesta ρsm = 1.225 e((-1350/8435)-((22-15)/288)) ρsm = 1.0188 kg/m3

31. Variación de la Densidad del Aire en Función de la Altitud para diferentes Temperaturas

32. CARACTERIZACIÓN DEL VIENTO Velocidad promedio N = Número de intervalos de 10 minutos en un período T Vei = Datos de la velocidad estacionaria en el período T Desviación estándar

33. CARACTERIZACIÓN DEL VIENTO Energía Disponible (mediciones cada 10 minutos) Densidad de Potencia

34. CARACTERIZACIÓN DEL VIENTO Energía Disponible

35. RUGOSIDAD DE LA SUPERFICIE

36. VALORES DE RUGOSIDAD

37. TERRENOS CON CAMBIO DE RUGOSIDAD Desarrollo de una capa límite al pasar el flujo de una superficie a otra de diferente rugosidad

38. TERRENOS CON CAMBIO DE RUGOSIDAD Siendo: δ(x) = Espesor de la capa límite interna, (m) z0 = Rugosidad del terreno de donde viene el viento, (m) z01 = Rugosidad del terreno a donde va el viento, (m)

39. Ejercicio Calcular la altura de la capa límite desarrollada al pasar el viento de una superficie de césped a una superficie de campo preparado para cultivo a 20 m de distancia: Datos: z0 = 0.008 (Césped) z01 = 0.030 (Tierra preparada para cultivo) Respuesta δ(x) = (0.75 – 0.03 ln (0.030/0.008)) 200.8 0.0300.2 δ(x) = 3.87 m

40. PERFIL DE LA VELOCIDAD DEL VIENTO Ve(zr) = Velocidad estacionaria medida a la altura z (altura de referencia) Ve(z) = Velocidad estacionaria estimada a la altura z z0 = Rugosidad del terreno

41. PERFIL DE LA VELOCIDAD DEL VIENTO Ejemplo Estimar la velocidad a 30 m de altura si a 10 m se tienen 6.3 m/s y el terreno es de cultivo. Respuesta: z0 = 0.050 m Ve (30 m) = 6.3 (ln(30/0.050)/ln(10/0.050) Ve (30 m) = 7.6 m/s

42. PERFIL DE LA VELOCIDAD DEL VIENTO Ejemplo Calcular para el ejemplo anterior la diferencia de potencia en el viento. Respuesta: Considerando A = 1 m2 y ρ = 1.18 kg/m3 P (10 m) = 0.5 (1.18) (1) 6.33 = 147.53 W/m2 P (30 m) = 0.5 (1.18) (1) 7.63 = 259.0 W/m2

43. Evaluación del Potencial Energético del Viento (Ejercicio) En un determinado sitio se han observado los siguientes valores promedio en intervalos de 15 minutos de la velocidad y dirección del viento: 4.3, N 4.1, NE 4.1,NE 3.9,E 4.0,SE 5.2,N 3.8,NW 2.6,W 3.2,NW 4.8,N 3.9,NE 5.1,NW 4.2,N 3.9,E 4.1,NE 3.9,E 3.8,NW 2.6,W 4.7,SE 5.1,NE 3.4,N 2.2,E 0.5,E 4.1,N 6.2,NE 4.5,NE 5.2,N 3.6,E 7.3,E 7.6,NE 7.7,E 7.8,E 7.9,E 7.8,N 8.4,NE 8.8,SE 8.9,SE 9.1,E 9.4,E 9.8,NE 10.3,E 10.5,NE 11.2,E 11.4,SE 11.5,SE 10.8,E 11.2,NE 11.3,E Encontrar la energía del período y su potencia considerando que el sitio se encuentra ubicado a una altitud de 1240 m y su temperatura media anual es de 20.5 °C. Elaborar la rosa de los vientos para el período.

44. Evaluación del Potencial Energético del Viento (Ejercicio) Obtener la diferencia de potencia y energía a una altura de 30 y 60 metros de altura respecto a la estimada a 10 metros. Nota: Despreciar la diferencia de densidad entre los 10 y los 60 m de altura.