1a parte

ANTECEDENTES ANTECEDENTES HISTÓRICOS DEL HISTÓRICOS DEL

APROVECHAMIENTO DE APROVECHAMIENTO DE LA ENERGÍA DEL VIENTOLA ENERGÍA DEL VIENTO

ANTECEDENTES ANTECEDENTES HISTÓRICOS DEL HISTÓRICOS DEL

APROVECHAMIENTO DE APROVECHAMIENTO DE LA ENERGÍA DEL VIENTOLA ENERGÍA DEL VIENTO

1a parte

OBJETIVO

Dar una breve reseña histórica del aprovechamiento del potencial eólico y describir aspectos generales sobre la

circulación general de la atmósfera, los sistemas de vientos, y los factores que

influyen en el viento en superficie

1a parte

ANTECENDENTES HISTÓRICOS DEL USO DE LA ENERGÍA EÓLICA

• 2000 aC (?) Uso de molinos de viento por chinos y japoneses

• 100 aC (?) Uso de molinos de Viento en Egipto

• 900’s Ruedas de viento empleadas por los persas para irrigación

• 1191 Primer molino de viento reportado en Inglaterra

• 1330 Cuadro referente a molino de viento sobre lienzo en el museo alemán de Nurenberg

• 1500 Bosquejo de Leonardo Da Vinci sobre la construcción de un molino de viento

• 1700’s Las máquinas de vapor comienzan a desplazar el uso de la ruedas accionadas por viento

• 1745 Edmund Lee patenta el método de direccionamiento automático de los molinos

• 1891 Establecimiento de una estación experimental en Askov, Dinamarca

• Post Guerra

Mundial Investigaciones en varios países para utilizar en gran escala la energía del viento

• 1950’s La energía atómica disminuye el interés sobre el uso de la energía del viento

• 1970’s La escacez de energéticos revive el interés sobre el aprovechamiento de la energía eólica

1a parte

Molino persa

Máquinas Antiguas

1a parte

Molino de viento danésAerogenerador Gedser

Aprovechamiento del Potencial Eólico

1a parte

CIRCULACIÓN CIRCULACIÓN GENERAL DE LA GENERAL DE LA

ATMÓSFERAATMÓSFERA

CIRCULACIÓN CIRCULACIÓN GENERAL DE LA GENERAL DE LA

ATMÓSFERAATMÓSFERA

1a parte

DESCRIPCIÓN DE LA CIRCULACIÓN GENERAL

• El aire ecuatorial calentado asciende y se desvia hacia los polos, se enfría a medida que avanza y desciende a la tierra a una latitud aproximada de 30° Norte y Sur.

• Parte de esta corriente retorna hacia la región de baja presión constante en el Ecuador, mientras que el resto sigue su camino hacia el polo, pero a nivel del suelo.

• Ese aire enfriado, que llega hasta los límites del polo, se encuentra con otro más denso, que se separa del polo hasta una latitud de 60°, y se eleva sobre el mismo.

Este proceso indica que además de la región de baja presión existente en el Ecuador y las de elevada presión en los polos, hay circulos de presión intermedia: uno, de alta presión, alrededor de la latitud de 30°, determinado por el aire descendente; y otro, de baja presión, alrededor de la latitud de 60°.

1a parte

CIRCULACIÓN GENERAL DE LA

ATMÓSFERA

1a parte

Vientos Regulares o Constantes

1a parte

VIENTOS DOMINANTES Y TRAYECTORIAS CICLÓNICAS MÁS

FRECUENTES

1a parte

SISTEMAS DE VIENTOSSISTEMAS DE VIENTOSSISTEMAS DE VIENTOSSISTEMAS DE VIENTOS

1a parte

VIENTOS LOCALES

Este tipo de vientos se originan por diferencias de calentamiento sobre la superficie.

En esta categoría las Brisas Marinas y Vientos Valle-Montaña

1a parte

Vientos LocalesVientos Locales

Brisa MarinaBrisa Marina

1a parte

Vientos LocalesVientos Locales

Valle-MontañaValle-Montaña

1a parte

Vientos de Valle-MontañaVientos de Valle-Montaña

1a parte

Vientos de Valle-MontañaVientos de Valle-Montaña

1a parte

Vientos de Valle-MontañaVientos de Valle-Montaña

1a parte

VIENTOS OROGRÁFICOS

Este tipo de vientos son originados por efecto del relieve. Cuando el viento choca con un obstáculo, se ve obligado a subir sobre este.

El fenómeno de ascención del viento da origen a ciertas condiciones particulares, debido a las variaciones de las características meteorológicas, encontradas en diferentes lugares de la Tierra, dando origen a ciertos fenómenos especiales.

1a parte

VIENTOS OROGRÁFICOS

Nombre Características Lugar

Autan Seco y templado SW de Francia

Berg Seco y cálido Sudáfrica

Bora Seco y frío NE de Italia

Brickfielder Seco y caliente Australia

Buran Seco y frío Mongolia

Chinook Seco y templado W de Norteamérica

Föhn Seco y templado Alpes

Harmattan Seco y fresco Norte de África

Levante Húmedo y templado Zona Medirterranea

Mistral Seco y frío Valle del Ródano

Santa Ana Seco y caliente Sur de California

Sirocco Seco y caliente Sur de Europa

Tramontana Seco y frío NE de España

Zonda Seco y templado Argentina

1a parte

CHINOOK Y FÖHN

Cuando las masas de aire bajan por una ladera se comprimen, convirtiéndose en vientos secos y templados.

El efecto es más patente en primavera, cuando pueden derretir la nieve muy de prisa. Y se les llama vientos föhn en los Alpes y chinook (“devoradores de nieve”) en el oeste de Norteamérica.

1a parte

CHINOOK Y FÖHN

1a parte

Planteamientos para el Análisis de Sitios de Instalación de Sistemas Eólicos

Método Planteamiento Ventajas Desventajas

1 Utilizar datos de viento de una estación próxima; determinar las características de la producción de energía.

Requiere poco tiempo o gastos para reunir y analizar los datos. Si se usa adecuadamente esta información puede ser aceptablemente precisa.

Resulta bien sólo en amplias zonas de terreno llano donde el promedio anual de la velocidad del viento es 5 m/s o mayor.

2 Realizar medidas limitadas del viento en el lugar que se estudia, estableciendo correlaciones aproximadascon la estación cercana, y después calcular las características de la producción de energía.

Si existe una elevada correlación entre el lugar elegido y la estación, este método debe ser más preciso que el primero.

Su precisión puede ser puesta en tela de juicio, especialmente cuando existe modulación estacional de las velocidades y dirección de viento.

3 Reunir datos de viento del lugar y analizarlos para obtener las características de la producción de energía.

Es el método más preciso. Resulta eficaz con todo tipo de terreno.

Requiere por lo menos reunir datos de una año. Hay que añadir el precio de los anemómetros. El período al que se refieren los datosha de representar las condiciones típicas del viento.

1a parte

Factores Locales que Influyen en el Viento

1a parte

BARRERASBARRERAS

1a parte

EDIFICIOS

Flujo de aire alrededor de un edificio

1a parte

EDIFICIOS

Zona de Flujo perturbado sobre un pequeño edificio

1a parte

COMPORTAMIENTO DE UNA ESTELA SEGÚN LA FORMA DEL EDIFICIO

Forma del edificio, ancho/

altura

Distancias a sotavento (en términos de las alturas de los edificios)

5H 10H 20H% de velocidad disminuída

% de potencia disminuída

% de incremento de turbulencia

% de velocidad disminuída

% de potencia disminuída

% de incremento de turbulencia

% de velocidad disminuída

% de potencia disminuída

% de incremento de turbulencia

4

3

1

0.33

0.25

36

24

11

2.5

2

74

56

29

7.3

6

25

15

4

2.5

2.5

14

11

5

1.3

1

36

29

14

4

3

7

5

1

0.75

0.50

5

4

2

-

-

14

12

6

-

-

1

0.5

-

-

-

Altura de la estela (en alturas del edificio

1.5 2.0 3.0

1a parte

ROMPEVIENTOS

Usualmente los rompevientos consisten en filas de árboles. El grado de perturbación depende de la altura, longitud y porosidad del rompevientos. La porosidad se define como la razon del área abierta al área total del rompevientos (expresado como el porcentaje del área abierta.

1a parte

ROMPEVIENTOS

1a parte

PÉRDIDA DE POTENCIA E INCREMENTO DE TURBULENCIA VIENTO DEBAJO DE BARRERAS

DE DIFERENTES POROSIDADES

Porosidad área abierta/ área total

Distancias a sotavento (en términos de las alturas de los edificios)

5H 10H 20H% de velocidad disminuída

% de potencia disminuída

% de incremento de turbulencia

% de velocidad disminuída

% de potencia disminuída

% de incremento de turbulencia

% de velocidad disminuída

% de potencia disminuída

% de incremento de turbulencia

%

Sin espacio entre los árboles

20%

Con follaje escaso como el

pino

40%

Con follaje denso

40

80

70

78

99

97

18

9

34

15

40

55

39

78

90

18

-

-

3

12

20

9

32

49

15

-

-

Límite de la zona de turbulencia en términos de altura de la barrera

1.5 2.0 3.0

1a parte

ÁRBOLES INDIVIDUALES

Generalmente los árboles no se encuentran distribuídos como rompevientos. La estela de flujo turbulento detrás de árboles individuales se incrementa con la distancia aunque se debilita. Esta se extiende más lejos que para un objeto sólido.

1a parte

TERRENOS COMPLEJOSTERRENOS COMPLEJOS

1a parte

TERRENOS COMPLEJOS

Los terrenos complejos pueden ser clasificados en dos grandes categorías: terrenos elevados y depresiones. Desde el punto de vista de aprovechar el viento como recurso energético, estos accidentes topográficos son importantes, ya que las elevaciones sobre el terreno pueden quedar expuestas a vientos de mayor intensidad, así como las depresiones pueden “canalizar” el viento, proporcionando tambien zonas de mayor intensidad.

1a parte

TERRENOS COMPLEJOS

Los accidentes topográficos a considerar son:

Elevaciones sobre el terreno

• Lomas

•Montañas aisladas

•Acantilados o escarpas

Depresiones en el terreno

• Valles y cuencas

•Pasos y cañadas

1a parte

LOMAS

Las lomas son montañas alargadas levantándose a alturas entre los 150 y 600 metros por encima del terreno circundante.

A diferencia de una montaña aislada, en la que el viento tiende a rodearla en vez de remontarla, en la loma, dada su forma alargada el viento tenderá a una aceleración al pasar por encima de ella.

1a parte

LOMAS

1a parte

Aceleración del Viento sobre una Loma

1a parte

MONTAÑAS AISLADAS

1a parte

Características de Sitios en Montañas Aisladas por Efecto de la

Aceleración del Viento

Características Localización Característica del Flujo

La mejor La mitad superior de las montañas donde el viento dominante es tangente

El punto de máxima acelaración alrededor de la montaña

Buena Cima de las montañas El punto de máxima aceleración sobre la montaña

Regular La mitad superior cara a barlovento de la montaña

Una leve aceleración del flujo

Con disminución de velocidad Cara a sotavento Reducida velocidad y alta turbulencia

La base y laderas bajas de las montañas

Reducidas velocidades

1a parte

PASOS

1a parte

PASOS

1a parte

ACANTILADOS Y ESCARPAS

Flujo de aire contra acantilados

1a parte

ACANTILADOS Y ESCARPAS

Flujo de aire contra acantilados

1a parte

MESETAS

1a parte

Selección de un Emplazamiento según la Clasificación del Terreno

1a parte

Información Meteorológica Necesaria para el Estudio del Potencial Eoloenergético

Fases A: Exploratoria B: Palnificación C: Operativa

Clase de Información Propespección Diseño Preliminar

Evaluación del emplazamiento

Diseño Predicción Evaluación Comentarios

Grande Pequeño

1.- Datos convencionales @

Velocidad del viento* en 1 y/ó 3 horas

Medida:

Observada:

Dirección del viento

X

X

(X)

X

(X)†

(X)

X

X

X

X

X

X

(X)

X

X

X

X

X

Según las normas habituales, se aplica un viento promediado en 10 minutos cada hora, a 10 metros de altura sobre el terreno. La información específica con respecto a las características de la estación deben hallarse en los inventarios y catálogos. Datos medidos en la torre de observación.

Datos en altitud

Viento:

Temperatura:

X

X

(X)

(X)

Obtenidos de globos piloto y radiosondas.

Temperatura del aire X (X) X X

Humedad del aire (X) X

Presión Atmosférica X (X) X Presión en la estación.

Precipitación X Lluvia, nieve, capa de nieve, acidez.

* Se debe indicar la altura sobre el nivel del suelo del instrumento de medida de la velocidad del viento.

(X)† significa de importancia secundaria

@ Los datos convencionales se refieren a los disponibles en los Servicios Meteorológicos nacionales y habitualmente registrados con carácter períodico siguiendo las prácticas normalizadas recomendadas por la O.M.M.

1a parte

Información Meteorológica Necesaria para el Estudio del Potencial Eoloenergético (continuación)

Fases A: Exploratoria B: Palnificación C: Operativa

Clase de Información Propespección Diseño Preliminar

Evaluación del emplazamiento

Diseño Predicción Evaluación Comentarios

Grande Pequeño

1.- Datos convencionales @

Hielo (X) (X) X X X Engelamiento, hielos marinos.

Relámpagos (X) X X X X (X) Frecuencia.

Valores extremos Velocidad del viento y temperatura.

Fenómenos extremos (X) X X X X (X) Fenómenos meteorológicos peligrosos como ciclones tropicales (huracanes y tifones), tornados, tempestad de arena, rociones salinos.

2.- Información especial

Series cronológicas de velocidad de viento

(X) X X X X Obtenidas de registros analógicos o numéricos.

Turbulencia (X) X X X Habitualmente obtenida mediante medidas especiales.

Distribuciones verticales

(X) X X X Distribuciones verticales de temperatura y velocidad del viento obtenidas habitualmente de las torres meteorológicas, globos cautivos, sondas con paracaídas o sistemas de medida a distancia.

3.- Indicaciones eólicas y biológicas

X X X Observaciones de la topografía del terreno y vegetación acondicionada por el viento.

* Se debe indicar la altura sobre el nivel del suelo del instrumento de medida de la velocidad del viento.

(X)† significa de importancia secundaria

@ Los datos convencionales se refieren a los disponibles en los Servicios Meteorológicos nacionales y habitualmente registrados con carácter períodico siguiendo las prácticas normalizadas recomendadas por la O.M.M.