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EVALUACIÓN DEL POTENCIAL EÓLICO. OBJETIVO. Dar una breve descripción de los pasos a seguir para estimar el potencial eólico en sitios de interés. METODOLOGÍA PARA LA PROSPECCIÓN Y EVALUACIÓN DE SITIOS CON POTENCIAL EÓLICO. Etapa I.-Obtención y análisis de datos 1.- Datos meteorológicos - PowerPoint PPT Presentation
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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.