2a parte EVALUACIÓN DEL POTENCIAL EÓLICO 2a parteOBJETIVO Dar una breve descripción de los pasos a seguir para estimar el potencial eólico en sitios.

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2 2a parte EVALUACIÓN DEL POTENCIAL EÓLICO

3 2a parteOBJETIVO Dar una breve descripción de los pasos a seguir para estimar el potencial eólico en sitios de interés

4 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

5 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

6 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

7 2a parte INVESTIGACIÓN EN CAMPO EVIDENCIA ECOLÓGICA

8 2a parte INVESTIGACIÓN EN CAMPO EVIDENCIA ECOLÓGICA

9 2a parte INVESTIGACIÓN EN CAMPO EVIDENCIA ECOLÓGICA

10 2a parte INVESTIGACIÓN EN CAMPO SELECCIÓN DE SITIOS DE MEDICIÓN

11 2a parte Mapeo de Sitios

12 2a parte MAPEO DE SITIOS

13 2a parte INSTRUMENTOS DE MEDICIÓN

14 2a parte INSTRUMENTOS DE MEDICIÓN Anemómetro ultrasónicoAnemómetro triaxial tipo Gill

15 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.

16 2a parte CALIBRACION DE INSTRUMENTOS DE MEDICIÓN

17 2a parte MEDICIÓN DEL VIENTO Velocidad Estacionaria N = Número de muestras de la velocidad del viento durante un intervalo de 10 minutos (de preferencia 600) v i = Valores medidos de la velocidad del viento, en el intervalo de 10 minutos, con una frecuencia f m = 1 Hz

18 2a parte MEDICIÓN DEL VIENTO Desviación Estándar Intensidad de Turbulencia

19 2a parte MEDICIÓN DEL VIENTO EN LA ALTURA

20 2a parte Escala de Beaufort No. De BeaufortNombre en tierraEquivalente en velocidad Características 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, las 2 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 de 4 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 los se forman olitas con crestas en los estanques. estanques.

21 2a parte Escala de Beaufort (continuación) No. De BeaufortNombre en tierraEquivalente en velocidad Características para la estimación 6 Fresco 10.8-13.8 m/s Las grandes ramas se agitan, los 6 Fresco 10.8-13.8 m/s Las grandes ramas se agitan, los hilos telegráficos silban, el uso de hilos 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, la 7 Frescachón 13.9-17.1 m/s Los árboles enteros se agitan, la marcha en contra del viento es marcha 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 en 9 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, árboles 10 Temporal 24.5-28.4 m/s Raro en los continentes, árboles arrancadoS, importantes daños en arrancadoS, importantes daños en las viviendas. las viviendas. 12 Huracán 32.7 m/s 12 Huracán 32.7 m/s

22 2a parte INDICADORES DE LA INTENSIDAD DEL VIENTO Índice de Griggs-Putnam

23 2a parte INDICADORES DE LA INTENSIDAD DEL VIENTO Grado de Deformación

24 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

25 2a parte ---------- (1) E c = Energía cinética m = Masa del aire v = Velocidad del aire Energía del Viento Energía Cinética La masa es: ---------- (3)  = Densidad del aire V = Volumen de aire A = Área transversal Si: Sustituyendo en (2) se tiene: Finalmente sustituyendo (3) en (1) se tiene: t = Tiempo ---------- (2)

26 2a parte 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 m 2 transversal al paso de éste. Respuesta: E = 0.5 (1.225 kg/m 3 ) (1 m 2 ) (6.8 m/s) 3 (0.166 h) E = 31.97 Wh

27 2a parte Potencia del Viento Si: Entonces:

28 2a parte Potencia del Viento

29 2a parte 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 m 2 transversal al paso de éste. Respuesta: P = 0.5 (1.225 kg/m 3 ) (1 m 2 ) (6.8 m/s) 3 P = 192.59 W

30 2a parte Estimación de la Densidad del Aire Siendo: ρ sm = Densidad mensual, (kg/m³) T m = Temperatura promedio mensual, (°C) z = Altura sobre el nivel del mar, (m)

31 2a parte 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 ρ sm = 1.225 e ((-1350/8435)-((22-15)/288)) ρ sm = 1.0188 kg/m 3

32 2a parte Variación de la Densidad del Aire en Función de la Altitud para diferentes Temperaturas H(m)T=10 °CT=15 °CT=20 °CT=25 °CT=30 °CT=35 °CT=40 °C 5001.181.15 1.111.091.071.05 10001.111.091.071.051.021.000.98 15001.051.031.000.980.960.940.92 20000.990.970.950.930.900.880.86 25000.930.910.890.870.850.830.80 30000.880.860.840.820.790.770.75 35000.830.810.790.770.750.720.70 40000.780.760.740.720.700.680.66

33 2a parte CARACTERIZACIÓN DEL VIENTO Velocidad promedio Desviación estándar N = Número de intervalos de 10 minutos en un período T V e i = Datos de la velocidad estacionaria en el período T

34 2a parte CARACTERIZACIÓN DEL VIENTO Energía Disponible (mediciones cada 10 minutos) Densidad de Potencia

35 2a parte CARACTERIZACIÓN DEL VIENTO Energía Disponible

36 2a parte RUGOSIDAD DE LA SUPERFICIE

37 2a parte VALORES DE RUGOSIDAD Tipo de TerrenoZ 0 (mm) Muy sueve; hielo o lodo0.01 Mar abierto en calma0.20 Mar picado0.50 Superficie de nieve3.00 Césped8.00 Pasto quebrado10.00 Campo preparado para cultivo30.00 Cultivo50.00 Pocos árboles100.00 Varios árboles, hileras de árboles, pocas construcciones 250.00 Bosques, tierras cubiertas con árboles500.00 Suburbios1500.00 Centros de ciudades con edificios altos3000.00

38 2a parte TERRENOS CON CAMBIO DE RUGOSIDAD Desarrollo de una capa límite al pasar el flujo de una superficie a otra de diferente rugosidad

39 2a parte TERRENOS CON CAMBIO DE RUGOSIDAD Siendo: δ(x) = Espesor de la capa límite interna, (m) z 0 = Rugosidad del terreno de donde viene el viento, (m) z 01 = Rugosidad del terreno a donde va el viento, (m)

40 2a parteEjercicio Datos: z 0 = 0.008 (Césped) z 01 = 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)) 20 0.8 0.030 0.2 δ(x) = 3.87 m

41 2a parte PERFIL DE LA VELOCIDAD DEL VIENTO V e (z r ) = Velocidad estacionaria medida a la altura z (altura de referencia) V e (z) = Velocidad estacionaria estimada a la altura z z 0 = Rugosidad del terreno

42 2a parte 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: z 0 = 0.050 m V e (30 m) = 6.3 (ln(30/0.050)/ln(10/0.050) V e (30 m) = 7.6 m/s

43 2a parte PERFIL DE LA VELOCIDAD DEL VIENTO Ejemplo Calcular para el ejemplo anterior la diferencia de potencia en el viento. Respuesta: Considerando A = 1 m 2 y ρ = 1.18 kg/m 3 P (10 m) = 0.5 (1.18) (1) 6.3 3 = 147.53 W/m 2 P (30 m) = 0.5 (1.18) (1) 7.6 3 = 259.0 W/m 2

44 2a parte 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.

45 2a parte 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.