2a parte

EVALUACIÓN DEL EVALUACIÓN DEL POTENCIAL EÓLICOPOTENCIAL EÓLICO

2a parte

OBJETIVOOBJETIVO

Dar una breve descripción de los pasos a seguir para estimar el

potencial eólico en sitios de interés

2a parte

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

2a parte

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

2a parte

INSTRUMENTOS DE MEDICIÓN

1. Anemómetros de copas

2. Anemómetros de propelas

3. Anemómetros de tubo de presión

4. Anemómetros sónicos

5. Anemómetro de hilo caliente

2a parte

INVESTIGACIÓN EN CAMPO

EVIDENCIA ECOLÓGICA

2a parte

INVESTIGACIÓN EN CAMPO

EVIDENCIA ECOLÓGICA

2a parte

INVESTIGACIÓN EN CAMPO

EVIDENCIA ECOLÓGICA

2a parte

INVESTIGACIÓN EN CAMPO

SELECCIÓN DE SITIOS DE MEDICIÓN

2a parte

Mapeo de Sitios

650000 655000 660000 665000 670000 675000 680000 685000 690000

2130000

2135000

2140000

2145000

2150000

2155000

2160000

2165000

2170000

2100

2200

2300

2400

2500

2600

2700

2800

2900

3000

3100

3200

3300

3400

3500

3600

3700

2a parte

MAPEO DE SITIOS

Perote

TorresP erote

A lch ich ica

Zalayeta

650000 655000 660000 665000 670000 675000 680000 685000 690000

m etros

2130000

2135000

2140000

2145000

2150000

2155000

2160000

2165000

2170000me

tros

2a parte

INSTRUMENTOS DE MEDICIÓN

2a parte

INSTRUMENTOS DE MEDICIÓN

Anemómetro ultrasónico Anemómetro triaxial tipo Gill

2a parte

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.

2a parte

CALIBRACION DE INSTRUMENTOS DE MEDICIÓN

2a parte

MEDICIÓN DEL VIENTOVelocidad Estacionaria

N

iie v

NV

1

1

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

2a parte

MEDICIÓN DEL VIENTODesviación Estándar

N

ieie Vv

N 1

2)(1

1

Intensidad de Turbulencia

e

e

VI 0

2a parte

MEDICIÓN DEL VIENTO

EN LA ALTURA

2a parte

Escala de BeaufortEscala de Beaufort

No. De BeaufortNo. De Beaufort Nombre en tierraNombre en tierra Equivalente en velocidadEquivalente en velocidad Características para la estimaciónCaracterísticas para la estimación

0 Calma 0-0.2 m/s El humo se eleva verticalmente.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 1 Ventolina 0.3-1.5 m/s Se revela por el movimiento del

humo pero no por las veletas.humo pero no por las veletas.

2 Flojito 1.6-3.3 m/s El viento se percibe en el rostro, las2 Flojito 1.6-3.3 m/s El viento se percibe en el rostro, las

hojas se agitan, la veleta se mueve.hojas se agitan, la veleta se mueve.

3 Flojo 3.4-5.4 m/s Hojas y ramitas agitadas constante-3 Flojo 3.4-5.4 m/s Hojas y ramitas agitadas constante-

mente, el viento despliega las bande-mente, el viento despliega las bande-

rolas.rolas.

4 Bonancible 5.5-7.9 m/s El viento levanta polvo y hojitas de4 Bonancible 5.5-7.9 m/s El viento levanta polvo y hojitas de

papel, ramitas agitadas.papel, ramitas agitadas.

5 Fresquito 8-10.7 m/s Los arbustos con hojas se balancean,5 Fresquito 8-10.7 m/s Los arbustos con hojas se balancean,

se forman olitas con crestas en losse forman olitas con crestas en los

estanques.estanques.

2a parte

Escala de BeaufortEscala de Beaufort(continuación)(continuación)

No. De BeaufortNo. De Beaufort Nombre en tierraNombre en tierra Equivalente en velocidadEquivalente en velocidad Características para la estimaciónCaracterísticas para la estimación

6 Fresco 10.8-13.8 m/s Las grandes ramas se agitan, los6 Fresco 10.8-13.8 m/s Las grandes ramas se agitan, los

hilos telegráficos silban, el uso dehilos telegráficos silban, el uso de

paraguas se hace difícil.paraguas se hace difícil.

7 Frescachón 13.9-17.1 m/s Los árboles enteros se agitan, la7 Frescachón 13.9-17.1 m/s Los árboles enteros se agitan, la

marcha en contra del viento esmarcha en contra del viento es

penosa.penosa.

8 Duro 17.2-20.7 m/s El viento rompe las ramas, es impo-8 Duro 17.2-20.7 m/s El viento rompe las ramas, es impo-

sible la marcha contra el viento.sible la marcha contra el viento.

9 Muy duro 20.8-24.4 m/s El viento ocasiona ligeros daños en9 Muy duro 20.8-24.4 m/s El viento ocasiona ligeros daños en

las viviendas (arranca cañerías,las viviendas (arranca cañerías,

chimeneas y tejados.chimeneas y tejados.

10 Temporal 24.5-28.4 m/s Raro en los continentes, árboles10 Temporal 24.5-28.4 m/s Raro en los continentes, árboles

arrancadoS, importantes daños enarrancadoS, importantes daños en

las viviendas.las viviendas.

12 Huracán 32.7 m/s12 Huracán 32.7 m/s

2a parte

INDICADORES DE LA INTENSIDAD DEL VIENTO

Índice de Griggs-Putnam

2a parte

INDICADORES DE LA INTENSIDAD DEL VIENTO

Grado de Deformación

2a parte

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

2a parte

tvAE 3

21

2

21 vmEc

AxVm

tvx---------- (1)

tAvm Ec= Energía cinética

m = Masa del aire

v = Velocidad del aire

Energía del VientoEnergía del Viento

Energía CinéticaEnergía Cinética La masa es:La masa es:

---------- (3)

= Densidad del aire

V = Volumen de aire

A = Área transversalSi:Si:

Sustituyendo en (2) se tiene:Sustituyendo en (2) se tiene:

Finalmente sustituyendo (3) en (1) se tiene:Finalmente sustituyendo (3) en (1) se tiene:

t = Tiempo

---------- (2)

2a parte

tvAE 3

21

Energía del VientoEnergía del VientoEjemploEjemplo

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

2a parte

3

21 vAP

Potencia del VientoPotencia del Viento

tEP

Si:Si:Entonces:Entonces:

2a parte

Potencia del VientoPotencia del Viento

Potencia del Viento

0

20000

40000

60000

80000

100000

120000

140000

0 10 20 30 40 50 60

Velocidad (m/s)

Pote

ncia

(W/m

2)

2a parte

3

21 vAP

Potencia del VientoPotencia del VientoEjemploEjemplo

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

2a parte

Estimación de la Densidad del AireEstimación de la Densidad del Aire

28815

8435225.1mTz

sm e

Siendo:

ρsm = Densidad mensual, (kg/m³)

Tm = Temperatura promedio mensual, (°C)

z = Altura sobre el nivel del mar, (m)

2a parte

Estimación de la Densidad del Estimación de la Densidad del AireAire

EjemploEjemplo

28815

8435225.1mTz

sm e

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

2a parte

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

H(m) T=10 °C T=15 °C T=20 °C T=25 °C T=30 °C T=35 °C T=40 °C

500 1.18 1.15 1.15 1.11 1.09 1.07 1.05

1000 1.11 1.09 1.07 1.05 1.02 1.00 0.98

1500 1.05 1.03 1.00 0.98 0.96 0.94 0.92

2000 0.99 0.97 0.95 0.93 0.90 0.88 0.86

2500 0.93 0.91 0.89 0.87 0.85 0.83 0.80

3000 0.88 0.86 0.84 0.82 0.79 0.77 0.75

3500 0.83 0.81 0.79 0.77 0.75 0.72 0.70

4000 0.78 0.76 0.74 0.72 0.70 0.68 0.66

2a parte

CARACTERIZACIÓN DEL VIENTOCARACTERIZACIÓN DEL VIENTO

Velocidad promedio

N

ieT iV

NV

1

1

Desviación estándar

N

iTeT VV

N i1

2

11

N = Número de intervalos de 10 minutos en un período T

Vei = Datos de la velocidad estacionaria en el período T

2a parte

CARACTERIZACIÓN DEL VIENTOCARACTERIZACIÓN DEL VIENTO

Energía Disponible

(mediciones cada 10 minutos)

N

ies

TDi

VAE

1

3,

121

Densidad de Potencia

N

ies

Ti

VNA

P1

3

21

2a parte

CARACTERIZACIÓN DEL VIENTOCARACTERIZACIÓN DEL VIENTO

Energía Disponible

APT

AE TTD,

2a parte

RUGOSIDAD DE LA SUPERFICIERUGOSIDAD DE LA SUPERFICIE

2a parte

VALORES DE RUGOSIDADVALORES DE RUGOSIDAD

Tipo de Terreno Z0 (mm)

Muy sueve; hielo o lodo 0.01Mar abierto en calma 0.20Mar picado 0.50Superficie de nieve 3.00Césped 8.00Pasto quebrado 10.00Campo preparado para cultivo 30.00Cultivo 50.00Pocos árboles 100.00Varios árboles, hileras de árboles, pocas construcciones

250.00

Bosques, tierras cubiertas con árboles 500.00Suburbios 1500.00Centros de ciudades con edificios altos 3000.00

2a parte

TERRENOS CON CAMBIO DE TERRENOS CON CAMBIO DE RUGOSIDADRUGOSIDAD

Desarrollo de una capa límite al pasar el flujo de una superficie a otra de diferente rugosidad

2a parte

TERRENOS CON CAMBIO DE TERRENOS CON CAMBIO DE RUGOSIDADRUGOSIDAD

2.001

8.0

0

01ln03.075.0 zxzzx

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)

2a parte

EjercicioEjercicio

2.001

8.0

0

01ln03.075.0 zxzzx

Datos:

z0 = 0.008 (Césped)

z01 = 0.030 (Tierra preparada para cultivo)

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:

Respuesta

δ(x) = (0.75 – 0.03 ln (0.030/0.008)) 200.8 0.0300.2

δ(x) = 3.87 m

2a parte

PERFIL DE LA VELOCIDAD DEL VIENTOPERFIL DE LA VELOCIDAD DEL VIENTO

0

0

ln

ln

zzzz

zVzVr

ree

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

2a parte

PERFIL DE LA VELOCIDAD DEL VIENTOPERFIL DE LA VELOCIDAD DEL VIENTOEjemploEjemplo

0

0

ln

ln

zzzz

zVzVr

ree

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

2a parte

PERFIL DE LA VELOCIDAD DEL VIENTOPERFIL DE LA VELOCIDAD DEL VIENTOEjemploEjemplo

0

0

ln

ln

zzzz

zVzVr

ree

Calcular para el ejemplo anterior la diferencia de potencia en el viento.

3

21 vAP

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

2a parte

Evaluación del Potencial Energético del Evaluación del Potencial Energético del Viento (Ejercicio)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.

2a parte

Evaluación del Potencial Energético del Evaluación del Potencial Energético del Viento (Ejercicio)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.