Transcript SEGUNDA_PARTE

2a parte
EVALUACIÓN DEL
POTENCIAL EÓLICO
2a parte
OBJETIVO
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
2170000
2165000
3700
3600
3500
2160000
3400
3300
3200
2155000
3100
3000
2900
2150000
2800
2700
2145000
2600
2500
2400
2140000
2300
2200
2100
2135000
2130000
650000
655000
660000
665000
670000
675000
680000
685000
690000
2a parte
MAPEO DE SITIOS
2170000
Perote
2165000
TorresPerote
2160000
metros
2155000
Alchichica
2150000
Zalayeta
2145000
2140000
2135000
2130000
650000
655000
660000
665000
670000
metros
675000
680000
685000
690000
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 VIENTO
Velocidad Estacionaria
N
1
Ve   vi
N i 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 VIENTO
Desviación Estándar
N
1
2
e 
(vi  Ve )

N  1 i 1
Intensidad de Turbulencia
e
I0 
Ve
2a parte
MEDICIÓN DEL VIENTO
EN LA ALTURA
2a parte
Escala de Beaufort
No. De Beaufort
Nombre en tierra
Equivalente en velocidad
Características 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 constantemente, el viento despliega las banderolas.
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.
2a parte
Escala de Beaufort
(continuación)
No. De Beaufort
6
Nombre en tierra
Fresco
Equivalente en velocidad
10.8-13.8 m/s
Características para la estimación
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 imposible 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
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
Energía del Viento
Energía Cinética
La masa es:
mV x A
---------- (2)
 = Densidad del aire
1 2
Ec  mv
2
V = Volumen de aire
---------- (1)
A = Área transversal
Si:
xvt
t = Tiempo
Ec= Energía cinética
Sustituyendo en (2) se tiene:
mv A t
---------- (3)
m = Masa del aire
v = Velocidad del aire
Finalmente sustituyendo (3) en (1) se tiene:
1
3
E   Av t
2
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 m2 transversal al paso de
éste.
1
3
E   Av t
2
Respuesta:
E = 0.5 (1.225 kg/m3) (1 m2) (6.8 m/s)3 (0.166 h)
E = 31.97 Wh
2a parte
Potencia del Viento
Si:
E
P
t
Entonces:
1
3
P   Av
2
2a parte
Potencia del Viento
Potencia del Viento
140000
Potencia (W/m2)
120000
100000
80000
60000
40000
20000
0
0
10
20
30
Velocidad (m/s)
40
50
60
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 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
1
3
P   Av
2
2a parte
Estimación de la Densidad del Aire
 sm 1.225 e
z   Tm 15  




 
8435
288
 


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 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.
 sm 1.225 e
Respuesta
ρsm = 1.225 e((-1350/8435)-((22-15)/288))
ρsm = 1.0188 kg/m3
z   Tm 15  



 
8435

  288  

2a parte
Variación de la Densidad del Aire en Función de la Altitud
para 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 VIENTO
N
Velocidad promedio
N
1
VT  Vei
N i 1
= Número de intervalos de 10 minutos en un período T
Vei = Datos de la velocidad estacionaria en el período T
1
2
Vei  VT 
T 

N  1 i 1
N
Desviación estándar
2a parte
CARACTERIZACIÓN DEL VIENTO
N
Energía Disponible
(mediciones cada
10 minutos)
ED ,T 1
3
  s Vei
A 12 i 1
N
Densidad de Potencia
PT 1
3
  s Vei
A 2 N i 1
2a parte
CARACTERIZACIÓN DEL VIENTO
Energía Disponible
ED,T
PT 

T  
A
 A
2a parte
RUGOSIDAD DE LA SUPERFICIE
2a parte
VALORES DE RUGOSIDAD
Tipo de Terreno
Z0 (mm)
Muy sueve; hielo o lodo
0.01
Mar abierto en calma
0.20
Mar picado
0.50
Superficie de nieve
3.00
Césped
8.00
Pasto quebrado
10.00
Campo preparado para cultivo
30.00
Cultivo
50.00
Pocos árboles
100.00
Varios árboles, hileras de árboles, pocas
construcciones
250.00
Bosques, tierras cubiertas con árboles
500.00
Suburbios
1500.00
Centros de ciudades con edificios altos
3000.00
2a parte
TERRENOS CON CAMBIO DE
RUGOSIDAD
Desarrollo de una capa límite al pasar el flujo de una superficie a otra
de diferente rugosidad
2a parte
TERRENOS CON CAMBIO DE
RUGOSIDAD

 z01  0.8 0.2
  x  0.75  0.03 ln   x z01
 z0  

Siendo:
δ(x) = Espesor de la capa límite interna, (m)
z0
z01
= Rugosidad del terreno de donde viene el viento, (m)
= Rugosidad del terreno a donde va el viento, (m)
2a parte
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:

 z01  0.8 0.2
 x z01
z
 0 
  x  0.75  0.03 ln 

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
2a parte
PERFIL DE LA VELOCIDAD DEL VIENTO
 ln z 


z0 

Ve  z  Ve  zr 
 ln zr 
 z 

0 
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 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
 ln z 


z0 
Ve  z  Ve  zr 
 ln zr 
 z 

0 
2a parte
PERFIL DE LA VELOCIDAD DEL VIENTO
Ejemplo
Calcular para el ejemplo anterior la diferencia de
potencia en el viento.
 ln z 


z
0 
Ve  z  Ve  zr 
 ln zr 
 z 

0 
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
1
3
P   Av
2
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.
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.