Comit de redaccin: Fabin Bahamondes, Abdo Fernndez, Igna-cio Mir, Alberto Ortega, Vctor Pucci. ISBN 978-956-9047-00-8Registro de Propiedad Intelectual N 202713PrimeraEdicin1.000ejemplares.Santiago, Abril,2011.PrefacioMotivacinAgradecimientosEvaluacin de Recurso SolarEvaluacin de Recurso ElicoBibliografaContenido4681041894IntroduccinEl Centro de Energas Renovables (CER), en su esfuerzo por promover que las ERNC se desarrollen en Chile, est avocado a generar contenidos y material de difusina cerca de las fuen-tesenergticasrenovablesylastecnologasmsviablespara nuestro pas.Es por esto que el CER se ha planteado como tarea la elabora-cindedocumentosparaconocimientopblico,orientadosal contexto chileno, sus benecios y oportunidades, especialmen-te, su aplicabilidad en la realidad nacional.En este compromiso, el anlisis y la investigacin han sido ele-mentos fundamentales para la institucin, puesto que su obje-tivo es revisar las distintas dimensiones que se relacionan con desarrollo y concrecin de nuevos proyectos, para generar as, informacin nueva, integral y de valor para la industria.Este manual tiene como primera nalidad componer un marco generalquepermitaestablecerlanecesidaddecontardatos adecuados de evaluacin de los recursos, conocer el estado del arte de la tecnologa de medicin, as como tambin, generar un panorama de la situacin actual en Chile y los desafos pendien-tes en esta materia.Conesteaporte,sinceramente,esperamosincentivarlapar-ticipacindelasenergasrenovablesnoconvencionalesenla matriz energtica de nuestro pas y con ello, asegurar el creci-mientosustentabledelaindustria.Delmismomodo,nosgus-tara proponer una discusin informada, que aspire a analizar barreras,beneciosyoportunidades,demaneradegenerar lascondicionesparaagilizarprocesosynalmente,concretar proyectos de energas limpias.Carolina Galleguillos, Directora Centro de Energas Renovables6MotivacinEl consumo de energa primaria en Chile est cubierto en gran parte porcombustibles fsiles, lo que presenta varios inconvenientes: no se producen en el pas, dejndolosujeto a la alta variabilidad de precios en los mercados internacionales;su uso genera emisiones contaminantes que afectan tanto el medio ambiente como la huella de carbono de nuestros principales productos de exportacin;y estn sujetos a procesos de agotamiento en su calidad de recursos no renovables.En el sector elctrico la situacin es similar: las centrales termoelctricas cubren ms del 50% de la ge-neracin, y son la nica alternativa disponible en casos de menor produccin hidroelctrica. En efecto, durante los ltimos aos hemos visto una tendencia al crecimiento de la generacin y de la capacidad instalada termoelctrica en desmedro de la hidroelctrica.Considerando los puntos de vista de seguridad de suministro, eciencia en el uso de los recursos, y sos-tenibilidaddelsistemaenergticonacional,sehacenecesarioencontrarunacombinacindefuentes, recursos y tecnologas que permitan al pas alcanzar un mayor grado de independencia energtica garan-tizando el suministro con costos razonables y causando un mnimo impacto en el medio ambiente. Por lo anterior desde hace varios aos que el pas se ha trazado la meta de alcanzar una mayor participacin de las Energas Renovables en su matriz de generacin elctrica. Existe tambin una tendencia ciudadana importante que ha manifestado su preferencia por proyectos de energa limpia. An as existen diversas barreras que han impedido la penetracin de la energa renovable al sistema elctrico nacional, entre las cuales se cuenta la falta de informacin conable acerca de los recursos disponibles, especcamente solar y elico en lo que al presente manual se reere.La evaluacin de los recursos renovables, solar y elico, es una actividad que requiere de conocimiento especializado y de tiempo, adems de una inversin signicativa en equipamiento, su operacin y man-tencin, y en el procesamiento y control de calidad de los datos generados. El Centro de Energas Reno-vables de CORFO tiene como parte de su misin el recopilar informacin acerca del potencialasoiado a los recursos, y realizar difusin y capacitacin tanto en el uso de la informacin existente como en la generacin de informacin adicional. En este sentido, el CER en conjunto con el rea de Energa Solar de DICTUC, proponen el presente manual como una gua que permitir a los usuarios comprender las bases tcnicas de las actividades de evaluacin de recursos elico y solar, y tomar las decisiones nece-sarias para ejecutar campaas de prospeccin de manera tal de ajustarse a procedimientos y estndares internacionales con el n de generar datos de la mejor calidad posible. Eliminar la barrera de no contar con datos sucientes sobre el recurso requiere generar datos de baja incertidumbre, los que se obtienen mediante el uso de sensores e instrumentos adecuados, instalados de acuerdo a normas y procedimien-tos denidos, sujetos a operacin y mantencin segn lo necesario, y con controles de calidad adecua-dos. La prospeccin de recursos en energa renovable no debe ser vista como un costo, sino como una inversin que facilita obtener nanciamiento para un proyecto y permite estimar con mayor precisin su rendimiento y costos.El presente manual, sin embargo, no debe ser tomado como una gua de procedimientos a ser seguidos. Es una referencia general que permitir a los usuarios comprender las etapas del proceso de evaluacin de recursos, sus limitaciones, los requerimientos de equipos e instalaciones, y las componentes de costos asociados. El manual no pretende reemplazar el conocimiento experto requerido para la evaluacin de recurso; al contrario, pretende sealar los aspectos principales en los que un usuario deber profundizar si decide realizar una campaa de evaluacin de recursos, o bien los criterios que debiera utilizar si decide subcontratar a una institucin especializada para realizar la campaa.Esperamos que este manual sea un aporte para el desarrollo de la energa renovable en Chile.Rodrigo EscobarFernando Hentzschel8Agradecimientos CEREl Centro de Energas Renovables (CER) agradece a todos quienes aportaron al borrador de este manual con comentarios asertivosy observaciones enriquecedoras,en especial a: Karsten Schneider (Natural Power) Tim Patrick Meyer (GIZ) Ricardo Gonzlez (GL Garrad Hassan) Eduardo Soto (Fundacin Chile)10Agradecimientos DICTUCDICTUC S.A. agradece a:Los profesionales que participaron en el comit de redaccin y revisin:Vctor Pucci, Fabin Bahamondes, Abdo Fernndez, Ignacio Mir, y Alberto Ortega.El programa de Magster en Ingeniera de la Energa UC, cuyo apoyonanciero result fundamental para concretar esta iniciativa.El equipo de apoyo logstico liderado por Mara Ignacia Valenzuela y Daniela Domnguez.ElequipodediseoydiagramacinlideradoporDankoTomicicy complementado por Jos Manuel Tomicic.12131Conceptos bsicos15El Sol15La Radiacin y la Atmsfera15El Espectro de Radiacin Solar 15Las Componentes de la Radiacin Solar 162Caractersticas de las series de datos 17La trayectoria del sol en el cielo203Efectos de la incertidumbre en los datos204Mtodos de prospeccin 22Estimacin Satelital22Mediciones directas24Comparacin entre estimaciones satelitales y mediciones directas 255Sensores y su utilizacin 27Piranmetros 28Pirhelimetros 29Otros Sensores 30 Pirgemetros 30Sensores UV 28Sensores PAR 28Equipo auxiliar para sensores31Ventiladores 31Sistemas de Sombreamiento32Sistemas de seguimiento o Sun Trackers33Rotating Shadowband346Estaciones de Medicin 35Diseo y Montaje35 Lugar de Instalacin 35Seguridad y Accesibilidad 36Requerimientos Energticos 36Montaje37Puesta a tierra y proteccin de frecuencia37Adquisicin de Datos38Operacin y Mantenimiento 38Mantencin General38Mantencin de Piranmetros39Mantencin de Pirhelimetros 39Condiciones de Operacin40Calibracin 40Control de calidad de los Datos40Evaluacin de Recurso Solar15El SolEl sol es el centro de nuestro sistema solar y la principal fuente de energa para la tierra. Es una esfera de ma-teria gaseosa, compuesta deprincipalmente de hidrgeno y helio. Su dimetro alcanza los 1.4 millones de km, y se ubica a una distancia promedio de 150 millones de km de la tierra. La temperatura superfcial del sol alcanza aproximadamente 5800 K, convirtindolo en la fuente de energa que activa los procesos climticos del planeta.La Radiacin y la AtmsferaLaradiacinsolarfueradelaatmsferaterrestremedidasobreunplanoperpendicularaladireccinde incidencia,recibeelnombrederadiacinextraterrestre,ytieneunvaloraproximadode1350W/m2.Esta cantidad sufre atenuacin por absorcin y dispersin al cruzar la atmsfera, hasta que fnalmente su valor en la superfcie terrestre es mucho menor que la radiacin extraterrestre. Esto depende de la latitud, momento del da en que se mida, y de las caractersticas atmosfricas tales como nubes y aerosoles disueltos.La atmsfera tiene de 70 a 80 km de altura, y est compuesta principalmente de nitrgeno y oxgeno. Ala porcin de la atmsfera que la radiacinsolar debe cruzar para llegar a la superfcie se le denomina masa de aire. Sus propiedades de atenuacin de la radiacin varan en funcin del clima de cada lugar.Alaraznentrelaradiacinmedidaenlasuperfcieterrestreylaradiacinextraterrestre,seledenomina comondicedeclaridad.Estendicepermiterepresentarelcomportamientodelaradiacinalolargodel globo terrestre y es una medida de la atenuacin atmosfrica de la radiacin. Los efectos de la radiacin solar tambin dependen de la composicin de la superfcie, las que determinan la fraccin de radiacin incidente que ser refejada por la superfcie, llamada albedo.El Espectro de Radiacin SolarLa radiacin emitida por el Sol viaja en la forma de ondas electromagnticas. El rango de variacin de la longi-tud de onda de la radiacin solar va desde los 200 a 4000 nm (1nm = 10-9 m). El rango de longitudes de onda que pueden ser vistas por el ojo humano va desde los 380 a 750 nm aproximadamente. El espectro de radiacin solar es funcin del lugar donde se mida; en la superfcie del sol es similar al espectro emitido por un cuerpo negro, mientras que en la superfcie terrestre al nivel del mar se aprecia la atenuacin como producto de su absorcin por el vapor de agua presente en la atmsfera como muestra la fgura 1.1 Conceptos bsicosFigura 1: Distribucin espectraldelaradia-cin solar16Figura 2: ngulos de incidencia de la radiacin e inclinacin del eje te-rrestreFigura 3: Espesor de la atmsfera para distintas posiciones del solFigura 4: Descomposiciones de la Radiacin, Ener-t Global Las Componentes de la Radiacin SolarLa cantidad y caractersticas de la radiacin solar en la supercie terrestre dependen de las condiciones de la atmsfera y de la posicin relativa del sol con respecto a la supercie que resulta en el ngulo de incidencia como muestra la gura 2. La radiacin solar alcanza su mximo valor cuando el sol se encuentra en su zenit y el ngulo de inciden-cia es de 90, condiciones que resultan en un mnimo de espesor de atmsfera que la radiacin debe cruzar. El espesor efectivo de la atmsfera en el horizonte es aproximadamente 11 veces mayor que el espesor con el sol en el zenit, como se muestra en la gura 3.La radiacin global recibida en una supercie es la suma de las componentes directa y difusa. La radia-cin directa es aquella que proviene del disco solar, mientras que la radiacin difusa tiene su origen en la dispersin de radiacin en la atmsfera y proviene de todo el cielo excepto el disco solar. Usualmente se reportan los datos de radiacin referenciados a un plano horizontal.La radiacin global horizontal (H) corresponde entonces a la radiacin incidente en el rea de un plano horizontal sobre la supercie terrestre. Est compuesta por la suma de la radiacin directa (Hb) y difusa (Hd), ambas en el plano horizontal. Conociendo dos delas componentes es posible calcular el valor de la tercera de acuerdo a la expresin:H = Hb + Hd La radiacin directa normal (Direct Normal Irradiance o DNI) corresponde a la componente directa de la radiacin global horizontal, medida en un plano perpendicular a la direccin desde el sol. El valor de la DNI es fundamental para la aplicacin de tecnologas de concentracin. La gura 4 muestra las diferen-tes componentes de la radiacin solar.17La radiacin solar en la supercie terrestre para un punto en particular presenta marcados ciclos y variabilidadendiversasescalastemporales.Elciclomsevidenteeseldiarioresultantedelarotacin de la tierra, donde se recibe radiacin solar solamente durante las horas del da. Existe tambin un ciclo anual producto de la trayectoria elptica de la tierra alrededor del sol y de la inclinacin de su eje, donde los valores de radiacin alcanzan valores mximos generalmente durante los meses de verano y mnimos durante el invierno.Tambin existen ciclos multianuales activados por fenmenos atmosfricos de largo plazo. Por ltimo, se han observado efectos en la radiacin debidos a erupciones volcnicas, tal como ocurri con el monte Pinatubo en Filipinas el ao 1991, que redujo la radiacin a nivel planetario por ms de un ao .La variacin diaria de la radiacin solar para un da despejado y uno con presencia de nubes puede verse en la gura 5. Los datos fueron medidos en el Campus San Joaqun de la UC los das 25 de diciembre de 2010 en Santiago, y el 3 de marzo de 2011 zven San Pedro de Atacama. De las guras puede observarse que existe variabilidad diaria, horaria, y en escalas de tiempo menores a una hora.2Caractersticas de las series de datosFigura 5: Da claro (izquierda) y da parcialmente nublado (derecha).La gura 6 muestra el total de radiacin diaria en Pudahuel para un periodo de un ao, y la gura 7 mues-tra variacin del promedio anual de radiacin en un periodo de 10 aos para la misma ubicacin. Se ob-serva que el promedio anual de radiacin es variable por lo que es evidente que con datos de un ao no puede armarse que las caractersticas del sitio han sido determinadas en cuanto a la radiacin solar.18Figura7:Variacindelpromedioanualyvariacindelpromedioacumulado en 10 aosFigura 6: Radiacin diaria en Pudahuel durante el ao 1984Lavariabilidaddelaradiacinsolarenmltiplesescalastemporalesimplicaqueesnecesariomedirla con sensores adecuados, por un periodo de tiempo sucientemente largo, y al mismo tiempo con una resolucin temporal sucientemente na para obtener datos que sean precisos y estadsticamente representativos.19La trayectoria del sol en el cieloLa tierra se mueve alrededor del sol en una rbita elptica al tiempo en que rota sobre si misma alrededor de un eje inclinado en 23, 5 con respecto al plano de la rbita, lo que causa variaciones diarias y estacio-nales en la disponibilidad de radiacin solar en la supercie del planeta, activando en turno los procesos climticos. La inclinacin del eje terrestre tambin provoca variaciones en la duracin del da y en la tra-yectoria que el sol describe en el cielo a lo largo del ao. La Figura 8 muestra la trayectoria aparente del sol en el cielo para Antofagasta, entre el solsticio de invierno y el de verano. La trayectoria del sol puede gracarse para cualquier ubicacin usando los datos de latitud y longitud, desde el programa de la Uni-versidad de Oregon (disponible en el sitio http://solardat.uoregon.edu/SunChratProgram.php).Figura 8: Trayectoria solar en Antofagasta (creado con SunChartProgram de la UO)Las variaciones en la trayectoria del sol implican que la direccin de la radiacin incidente cambia durante el ao, lo que debe ser tenido en cuenta tanto en las actividades de medicin como en el anlisis de un sistema de conversin de energa solar.203Efectos de la incertidumbre en los datosLa instalacin de un sistema de conversin de energa solar pretende satisfacer total o parcialmente una demanda energtica de calor o electricidad. En principio el sistema puede dimensionarse conocien-do la demanda a satisfacer y la disponibilidad de radiacin. Si la radiacin en el lugar de inters es efec-tivamente mayor que la indicada por los datos usados para el proceso de dimensionamiento, el sistema quedar sobredimensionado y se generar mayor cantidad de energa que la demandada. Esto resulta en un sistema de mayor costo que el necesario. Al contrario, si la radiacin en el lugar es menor que la uti-lizada para el dimensionamiento, el sistema quedar subdimensionado y no ser capaza de satisfacer la demanda prevista, lo que obligar a utilizar sistemas de respaldo que no fueron considerados inicialmen-te y que tienen un costo de operacin asociado. En ambos casos el proyecto resultar ms costoso que lo inicialmente supuesto, lo que atenta en contra de su xito nanciero. Una adecuada caracterizacin del recurso solar apunta a reducir este riesgo mediante la representatividad estadstica de largo plazo y la reduccin en la incertidumbre asociada a las series de datos.La falta de datos apropiados de radiacin solar para un sitio particular que permitan minimizar el riesgo nanciero asociado a proyectos representa uno de los obstculos ms importante a la hora de evaluar un proyecto solar en Chile. Esta carencia de datos genera dicultad al intentar discriminar entre distintos sitios para la instalacin de sistemas de conversin de energa solar, y en segundo lugar reduce la cona-bilidad de cualquier procedimiento de simulacin utilizado para evaluar su desempeo.Las series de datos de radiacin solar pueden presentar incertidumbre, esto es, una diferencia entre los datos disponibles y la radiacin real. Esta incertidumbre puede tener diversas causas, entre las que pue-den mencionarse: La incertidumbre propia de los sensores: se reere a la diferencia entre la radiacin incidente y el valor medido por el sensor. Depende de la calidad del sensor y de su condicin de operacin. Los sensores disponibles en el mercado tienen una incertidumbre que puede variar desde menos de 1% hasta sobre el 5%. La presencia de suciedad en un sensor puede aumentar su incertidumbre. Asimis-mo, la incertidumbre aumenta en un sensor que no ha sido sometido a un procedimiento de calibracin.Una inadecuada resolucin temporal: Una frecuencia de muestreo o de almacenamiento de da-tos con resolucin temporal baja puede signicar que las variaciones en la radiacin no sean apropia-damente captadas, y por lo tanto cantidades derivadas tales como promedios temporales o integra-ciones puedan verse afectadas. Por ejemplo, almacenar datos cada 10 minutos signica perder las variaciones que ocurran en un periodo menor.Unperiododemuestrainsuciente:Lavariabilidadinternanualquepresentalaradiacinsolar obliga a realizar campaas de medicin sucientemente largas para que los promedios temporales (mensuales y anuales) representen adecuadamente las tendencias de largo plazo. Incluso en lugares de clima estable como el desierto de Atacama en Chile existen variaciones que pueden llegar a ms del 10% en los valores anuales de radiacin. Por lo tanto, al realizar una campaa de medicin corta de por ejemplo un ao, se corre el riesgo de que el ao no sea representativo o equivalente a un ao promedio, lo que puede resultar en la utilizacin de datos que sobre o subestiman el ao promedio. Estocomosehamencionadoanteriormentepuedetenerseriasconsecuenciaseneldesempeo nanciero de un proyecto.21Existenrecomendacionesbrindadaspororganismoscompetentescomolaorganizacinmundialme-teorolgica (WMO) que indican tanto los niveles de incertidumbre asociados a tipos de sensores, como las frecuencias de muestreo deseables. El periodo de medicin sin embargo responde a las necesidades especcas y al objetivo de la campaa de medicin. Actividades relacionadas con la caracterizacin de fenmenos globales como el cambio climtico requieren mediciones durante periodos de hasta decenas de aos (lo que puede ser clasicado como una campaa permanente), mientras que corroborar datos deestimacionessatelitalesovalidarmodelosdesimulacinpuederequerirperiodostancortoscomo meses. La gura 9 muestra la evolucin de la incertidumbre en el clculo del promedio anual, como fun-cin del periodo de muestra. Se observa que al medir durante un ao, la incertidumbre o desviacin con respecto de un ao promedio es signicativa, pudiendo alcanzar el 10% o ms. Luego, al medir durante una mayor cantidad de aos la incertidumbre se reduce, lo que es equivalente a decir que el promedio calculadoconmltiplesaosseacercamsaunpromediodelargoplazo.Aunqueestopuedevariar dependiendodelascaractersticasclimticasdecadalugar,seaceptacomorazonablealcanzaruna incertidumbre en el promedio menor al 5% luego de 8 aos de mediciones.Figura 9: Incertidumbre asociada a los datos como funcin del tamao de muestra224Mtodos de prospeccinUn proceso de evaluacin de recurso solar debe disearse de acuerdo a las necesidades espec-cas que desean cubrirse y a su objetivo general. La caracterizacin de los procesos climticos se realiza medianteobservacinpermanenteconsensores,actividadcomnmenterealizadapororganizaciones meteorolgicas a nivel nacional en campaas de largo plazo. Para evaluacin de proyectos de energa renovable la situacin es distinta. Los datos en este caso deben permitir primero evaluar si el sitio de inte-rs cumple con la cantidad mnima establecida para cada tipo de proyecto. Por ejemplo, es comnmente aceptado que un lugar con radiacin anual mayor a 2000 kWh/m2 es potencialmente interesante para el desarrollo de proyectos basados en concentracin solar. Luego deben conocerse datos en una resolu-cin temporal ms na que permitan simular el comportamiento anual de un sistema de conversin de energa solar y encontrar su produccin de energa. Para esto pueden bastar datos de promedios men-suales, como para sistemas de agua caliente sanitaria, o bien necesitarse bases de datos horarios para un ao tpico, como para sistemas de concentracin solar.El procedimiento comnmente utilizado por desarrolladores de proyectos identica sitios con potencial anual adecuado utilizando mapas creados en base a estimaciones de la radiacin obtenidas mediante el procesamiento de imgenes satelitales. Una vez identicado el sitio de inters, los datos satelitales pue-den tambin entregar promedios mensuales e incluso datos horarios, generalmente entregados en forma de ao tpicos con representatividad estadstica de largo plazo. Sin embargo, los datos entregados por estimaciones satelitales no bastan por si solos para una evaluacin de proyecto. Su incertidumbre an es alta o incluso desconocida, sobre todo para modelos que no han sido validados con mediciones terrestres. En todos los casos es recomendable realizar una campaa de medicin con estaciones terrestres. En el caso de un sitio para el cual no existan ni mediciones previas ni estimaciones satelitales conables, debe medirse la radiacin por un periodo sucientemente largo como para alcanzar representatividad estads-tica de largo plazo. Dependiendo de las caractersticas climticas del lugar esto puede requerir hasta 8 aos, como se mostr anteriormente en la Figura 7. En el caso de contarse con estimaciones satelitales ables, se puede realizar una campaa corta de medicin en tierra de al menos un ao de duracin, lo que verica la informacin satelital y permite realizar evaluaciones de la produccin de energa y aspectos nancieros. Estimacin SatelitalLa radiacin puede ser estimada de forma indirecta al procesar imgenes satelitales mediante algoritmos adecuados para el clculo de la transmisividad atmosfrica. Las imgenes utilizadas son generadas por satlites geoestacionarios en canales visible, infrarrojo, e intermedios. El proceso consiste en detectar la presencia de nubes en las imgenes y modelar sus propiedades pticas de atenuacin de la radiacin. Luego se denen las propiedades de la atmsfera relativas a perles de aerosoles, y la informacin es uti-lizada para realizar estimaciones de la atenuacin de radiacin solar. El proceso es fundamentalmente un balance de energa radiativa en la atmsfera, y por lo tanto altamente dependiente de las condiciones cli-mticas locales. Es as como cada modelo de transferencia radiativa debe ser adaptado especcamente al lugar donde ser utilizado y recibir ajustes que permitan caracterizar de forma adecuada especialmente las coberturas de nubes y tipos de atmsfera presentes en los lugares de inters.23Figura10:ImgenesdeGOES:Canalvisible(izquierda),canalIR (centro), estimacin de radiacin global (derecha).Los modelos de transferencia radiativa en la atmsfera entregan resultados para estimaciones de la radia-cin global horizontal y directa normal, de las cuales se obtiene la difusa horizontal. Las estimaciones de radiacin deben ser validadas mediante campaas de medicin que permitan vericar el funcionamiento del proceso dentro de un rango de error denido como aceptable, usualmente menor al 15%.ExistendatosdisponiblesobtenidosmedianteestimacionessatelitalesparaChile,losquenohansido validados por mediciones terrestres por lo que sus niveles de error no son conocidos. En esta situacin se encuentran los datos obtenidos por el proyecto multinacional SWERA que ha mapeado Sudamrica, datos generados por el Centro de Previsin del Tiempo y Estudios Climticos de Brasil (CPTEC), y otros. Existen sin embargo proyectos de investigacin actualmente en curso en Chile que se encuentran desa-rrollando modelos de transferencia radiativa para el pas con apoyo internacional, que permiten generar datos conables para el pas validados con una red moderna de estaciones de medicin solar. La gura 10 muestra un mapa de radiacin diaria en para Chile producido por investigadores de la Ponticia Uni-versidad Catlica de Chile. Se observan las fotografas satelitales GOES de canal visible e infrarrojo, y la estimacin de radiacin global horizontal en una resolucin de 1x1 km.24Mediciones directasLas mediciones en terreno son las fuentes de datos ms conables a la hora de evaluar un terreno para desarrollar proyectos de energa solar. Sin embargo, obtener una serie de datos de mediciones con baja incertidumbre por un periodo de tiempo apropiado no es trivial, y si no se ejecuta de acuerdo a estnda-res y buenas prcticas internacionales puede signicar un factor de incertidumbre adicional que eventual-mente resultar en un riesgo nanciero adicional para el proyecto. Para medir la radiacin incidentese utilizan sensores que registran sus distintas componentes. Los sen-sores pueden instalarse de forma individual, o agrupados en conjuntos que reciben el nombre de esta-ciones. Como es lgico, las mediciones deben realizarse en el exterior, y por lo tanto los sensores deben ser construidos, operados y mantenidos para soportar prcticamente cualquier condicin climtica sin prdida signicativa de su precisin.Al considerar los factores que afectan la radiacin recibida en un lugar, que son ubicacin, fecha y hora, precipitaciones (lluvia, nieve, niebla), cubiertas de nubes, horizonte, contaminacin, aerosoles, y albedo, y agregar las necesidades especcas del tipo de proyecto (agua sanitaria, fotovoltaico, termosolar elc-trico), entonces se tiene que en muchas ocasiones ser necesariomedir otros parmetros y no slo la radiacin total global horizontal incidente en el lugar. La absorcin de radiacin en la atmsfera ocurre principalmente por el agua en sus distintos estados y es funcin de la longitud de onda, por lo que el sensor utilizado debe ser capaz de captar la radiacin en el intervalo espectral de inters. El albedo, que puede ser necesario en algunas aplicaciones, es afectado por las propiedades del mismo suelo y even-tualmente podr tambin ser medido o modelado.Los parmetros medibles en el espectro de onda corta son la radiacin directa normal DNI, la radiacin difusa, la global horizontal, y reejada. De ellas pueden derivarse mediante clculos la directa en plano horizontal y el albedo. No se recomienda calcular o estimarla DNI a partir de otras cantidades medidas. La mayor parte de la energa contenida en la radiacin solar se encuentra en el espectro de onda corta (bajo 3000 nm), por lo que en general no es necesario considerar la radiacin de onda larga para eva-luacin de proyectos de energa solar. La tabla 1 muestra un resumen de casos frecuentes en proyectos de energa solar y los sensores necesa-rios para evaluar de forma adecuada el recurso solar disponible en el lugar de inters. CasoAgua sanitaria (colectores planos o de tubos)Fotovoltaico joFotovoltaico en seguimientoFotovoltaico de concentracinSolar termoelctrico de concentracinParmetros a medirGlobal horizontal, global en plano inclinadoGlobal horizontal, global en plano inclinadoGlobal horizontal, global en trayectoria de seguimientoGlobal horizontal, DNI. Otra alternativa es la global en plano de seguimiento.Global horizontal, DNISensoresPiranmetro horizontal, piranmetro enplano inclinadoPiranmetro horizontal, piranmetro en plano inclinadoPiranmetro horizontal, piranmetro en trayectoria de seguimientoPiranmetrohorizontal,pirhelimetro, piranmetro en plano de seguimiento.Piranmetro horizontal, pirhelimetroTabla 1: Parmetros y sensores recomendados25Comparacin entre estimaciones satelitales y mediciones directasLas estimaciones satelitales y las mediciones directas en estaciones terrestres entregan informacin com-plementaria y no deberan considerarse como sustitutos entre s. La utilizacin de uno o ambos mtodos para generar datos depender de los objetivos de la actividad de evaluacin de recurso. Cada uno tiene diferencias, ventajas y desventajas.Un procedimiento de estimacin satelital es costoso y requiere de conocimiento especializado para ser implementado, validado y mantenido. Esto la convierte en una actividad generalmente realizada por la-boratorios y centros de investigacin a nivel nacional. Sin embargo, para un desarrollador de proyectos es mucho menos costoso obtener datos satelitales que una campaa de medicin una vez que se han formulado y validado los modelos. Al mismo tiempo, es capaza de entregar informacin estadsticamente representativa en un tiempo menor que el de una campaa multianual, ya que el producto disponible son mapas previamente preparados. Lamayorventajadeunprocedimientodeestimacinsatelitalconsisteensucoberturaespacial.Las imgenes de satlites geoestacionarios abarcan continentes completos, por lo que es factible desarrollar modelos y generar resultados que cubran todo el territorio nacional con una resolucin espacial que pue-de ir desde 40x40 km hasta 1x1 km. Esta cobertura espacial permite integrar las estimaciones satelitales a sistemas de informacin geogrca y ser utilizadas en conjunto con otra informacin para determinar sitiosaptosparainstalacindesistemasdeconversindeenergasolar.Lasestimacionessatelitales puedenactualizarsedeformacontinua,loqueasegurarepresentatividadestadstica.Sinembargo,su resolucintemporalesrelativamentebajaylosnivelesdeincertidumbreaumentanpararesoluciones menores a una hora. La mayor desventaja al utilizar estimaciones satelitales radica en la incertidumbre asociada a los datos. Un modelo validado con estaciones terrestres es capaz de capturar de manera adecuada las tendencias de la radiacin con un error que puede ser menor al 15%, lo que es suciente para identicacin de sitios pero no para simulacin de sistemas. Un modelo sin validar puede presentar errores mayores que even-tualmente pueden invalidarlo incluso para seleccin de sitios. Por ejemplo, un modelo que no haya sido desarrollado considerando las caractersticas especcas de un lugar puede interpretar como cubiertas de nubes cuerpos de agua, salares, cubiertas de nieve y otros sitios de alto albedo, entregando resultados totalmente alejadosde la realidad. Existen diversos tipos de sensores para medir la radiacin solar. Algunos, como el piranmetro, pueden ser utilizados para medir varias componentes de la radiacin. Otros, como el pirhelimetro, slo son utili-zados para medir slo una componente. Organismos internacionales han desarrollado normas que buscan asegurar la estandarizacin de proce-dimientos y la comparabilidad de datos generados en distintos lugares del mundo.26La norma ISO 9060 clasica a los piranmetros por orden de precisin, incluyendo desde instrumentos para mediciones rutinarias en terreno hasta sensores de precisin cientca para estaciones de medicin y monitoreo meteorolgico. El diseo y las caractersticas constructivas de cada sensor resultan en nive-les de desempeo que permiten clasicarlos en las clases indicadas por la norma ISO 9060. Estos estn separadosentresclasesdesdemayoramenosprecisin:EstndarSecundario(secondarystandard), Primera Clase (rst class) y Segunda Clase (second class). Los instrumentos de estndar secundario son apropiados para actividades cientcas que exigen mayor precisin. Los instrumentos de primera clase sondeunaprecisinapropiadaparaactividadescientcaseindustriales,ylosdesegundaclaseson utilizados para actividades de monitoreo donde una menor precisin es aceptable, como en aplicaciones agrcolas.La organizacin meteorolgica mundial, (WMO) clasica los piranmetros segn lo que denomina ca-lidad. As se encuentran sensores de alta, buena y moderada calidad, los que dieren en el tiempo de respuesta y en otros parmetros que en conjunto pueden resumirse como precisin del sensor. En general la clasicacin WMO coincide con la ISO en cuanto a la calidad y precisin de los sensores. Existen clasicaciones ISO y WMO para los principales tipos de sensores. El principio de operacin de los sensores es simple, y puede ser clasicado como termoelctrico o fotoelctrico.La mayora de los sensores utilizados para la medicin de radiacin solar entregan como salida una se-al elctrica. Usualmente la radiacin es convertida en energa trmica por absorcin de una supercie horizontal opaca de alta calidad, cuya absortancia es del orden de 99%. Luego la energa trmica es me-dida por un conjunto de termopilas que se encuentran distribuidas en el elemento sensor. Los sensores termoelctricos son precisos aunque su respuesta temporal es lenta. Son tambin costosos y requieren mantencin continua. La gura 11 muestra el espectro de radiacin solar y atmosfrica (IR de onda lar-ga), y la respuesta de diversos tipos de sensores.275Sensores y su utilizacinLas mediciones directas tienen un nivel de incertidumbre menor al de las estimaciones satelitales, y su resolucin temporal es mucho ms na; con los sensores y sistemas de almacenamiento de datos disponibles en el mercado pueden obtenerse frecuencias de muestreo del orden de segundos, para alma-cenar promedios de incluso un minuto o menores. Por otra parte, hay algunos aspectos desfavorables en su uso que requieren utilizar este mtodo con prudencia. Aunque su precisin es alta, las mediciones slo son vlidas en el punto donde se ubica el sensor. Puede establecerse un rea de representatividad de las mediciones, pero los resultados no son extrapolables a grandes distancias desde el punto de medicin del orden de pocos kilmetros. Los sensores tambin son sensibles a la suciedad que se deposita natural-mente en dispositivos que se ubiquen al aire libre, con lo que su precisin baja al estar sucios, por lo que requieren de cuidados durante su operacin y mantencin por parte de personal especializado. Los datos generados por estaciones de medicin terrestres tambin requieren vericacin mediante algoritmos de calicacin de calidad. Las actividades anteriores resultan en altos costos de operacin, mantenimiento y procesamiento de datos, lo que sumado al alto costo de sensores y equipos auxiliares transforman la medicin en una actividad de alto costo.Por lo anteriormente expuesto es posible armar que una campaa de evaluacin de recurso debe hacer frente a requerimientos opuestos en cuanto a tiempo, costo y precisin. Tanto las estimaciones satelitales como las mediciones directas tienen ventajas y desventajas, que sin embargo se complementan y permi-ten obtener la mejor informacin mediante una adecuada combinacin de los dos procedimientos. As, la identicacin de sitios con potencial se realiza mediante estimaciones satelitales, y la vericacin de estos datos mediante medicin directa.Considerando los efectos que datos inciertos pueden tener en el desarrollo nanciero de un proyecto, es prudente realizar la evaluacin de recurso mediante una combinacin de estimaciones y mediciones. Laevaluacinderecursoeselprimerpasoeneldesarrollodeunproyectodeenergasolar,ypuede tener gran impacto en el futuro del proyecto. Por eso se recomienda considerar esta actividad como una inversin y no como un costo, y siempre documentarse y asesorarse por organismos especializados que permitan garantizar la validez y precisin de los datos.Figura 11: Espectro de radiacin solar y respuesta de tipos de sensores.28Lossensoresquenonecesitansersensiblesalrangoespectralcompletopuedenestarcompuestos por un fotodiodo. Estos aprovechan el efecto de la absorcin de radiacin electromagntica por semi-conductores, que gracias a efectos fotoelctricos, producen un voltaje que luego puede ser usado para la medicin de radiacin. Sus ventajas son el menor costo, tamao pequeo y una respuesta temporal rpida.Losfotodiodosnotienenlamismasensibilidadentodoelrangoespectral,comoesrequerido para los piranmetros, pero proveen de suciente sensibilidad para el rango en que se encuentra la luz visible. Por lo que pueden ser usados para sensores de luminosidad (LUX) y de radiacin de activacin fotosinttica (PAR), usados para analizar la visin humana y la fotosntesis en plantas, respectivamente. El uso de fotodiodos es utilizado mayormente para aplicaciones en agricultura, dado su bajo costo, tamao y fcil instalacin.En lo que sigue, primero se expondr el principio de funcionamiento de los sensores, para luego describir sus tipos y aplicaciones, adems desus procedimientos de instalacin y mantencin.PiranmetrosLos piranmetros son sensores que miden radiacin solar en un rango espectral amplio, que segn la norma ISO 9060 debe incluir entre 300 y 3000 nm.Su selectividad espectral les permite realizar me-diciones desde el espectro ultravioleta hasta el infrarrojo de onda corta, capturando as la mayor parte de la radiacin solar incidente.Figura 12: Piranmetro Kipp&Zonnen (izquierda) y esquema de montaje (derecha).Los piranmetros utilizan un domo de cristal de cuarzo para evitar el ujo de radiacin IR desde el ele-mento sensor al cielo. Un segundo domo protege al primero de los efectos adversos de la conveccin y de las precipitaciones, aumentando su precisin. Una cubierta adicional de polmero se instala sobre el instrumento para protegerlo de efectos adicionales de la operacin al aire libre (correspondiente al cono truncado blanco en la Figura 12).Los piranmetros de silicio como el SP2-lite operan segn el principio fotoelctrico, resultando en radi-metros ms simples diseados con el n de proporcionar medidas de radiacin a bajo costo. Su com-portamiento con cielos claros y altitudes elevadas es cercano al de los piranmetros de Segunda Clase segn la clasicacin ISO 9060. 29Elparmetroquecaracterizaaunpiranmetroesunfactordesensibilidad,elcualseusaparatrans-formar la seal elctrica medida usualmente en mV, hasta un valor de radiacin medida en W/m2. La sensibilidaddeunpiranmetropuedevariardurantesuvidatil,porloquelospiranmetrosnoson instrumentos absolutos,sino que deben ser referenciados a un instrumento patrn mediante procedi-mientos de calibracin. Esto implica que su factor de sensibilidad debe ser peridicamente comparado al de un instrumento de referencia y ajustado si fuera necesario. La calibracin puede realizarse utilizando un pirhelimetro de referencia o un piranmetro previamente calibrado. El procedimiento de calibracin est descrito en las normas ISO 9059 e ISO 9846. Los piranmetros deben ser calibrados al menos cada dos aos, aunque la frecuencia ideal es de una calibracin anual.Los piranmetros estn clasicados segn la ISO 9060 y la WMO, y la seleccin de modelo y tipo depen-de de la aplicacin. As por ejemplo, un piranmetro de estndar secundario es el Kipp&Zonnen CMP22, utilizado como patrn de calibracin debido a su alta precisin. El CMP11 tiene precisin adecuada para serutilizadoenredesdemedicinmeteorolgica.SensorescomoelCMP6sonclasicadoscomode primeraclase,aptosparaevaluacinprecisadelrecursosolarytilesparacampaasdeprospeccin para proyectos. Otros como el CMP3, de menor precisin, estn clasicados como de segunda clase y se utilizan en aplicaciones que requieren menor precisin como monitoreo de condiciones en invernade-ros. En general, la precisin aumenta el costo del instrumento, por lo que un desarrollador de proyectos deber valorar la prdida en precisin contra el menor valor del sensor.PirhelimetrosLos pirhelimetros estn diseados para medir la radiacin directa en plano normal, DNI. En concordan-cia con lo estipulado por la ISO y la WMO, los pirhelimetros tienen un ngulo de apertura de 5, lo que les permite medir la radiacin proveniente del disco solar y de una pequea rea del cielo que lo rodea. Consiste bsicamente de un cilindro abierto en un extremo la cual permite el paso de la radiacin hasta un sensor termoelctrico. Es comn el uso de una ventana de cristal de cuarzo para obturar el cilindro y proteger la termopila de los efectos ambientales. Los pirhelimetros fueron diseados para encontrar el valor de la constante solar, y actualmente se utilizan para caracterizar la DNI (Figura 13).Figura 13: Pirhelimetro Hukseflux (izquierda) y esquema de montaje (derecha)30Los pirhelimetros pueden ser de dos tipos; receptor plano y de cavidad o cuerpo negro. Normalmente utilizan dos termopilas, una que recibe la radiacin directamente, y otra de referencia. El sensor activo aumenta su temperatura por efecto de la radiacin recibida, y un calefactor iguala a sta la temperatura del sensor pasivo. De esta forma puede medirse la potencia elctrica consumida, que es equivalente a la radiacin recibida. Esto implica que los pirhelimetros tambin deben ser referenciados a un instrumento patrn. Al igual que en los piranmetros, el objeto de la calibracin es encontrar la sensibilidad del ins-trumento. La recomendacin ISO para la calibracin es mediante comparacin con un pirhelimetro de mejor clase bajo condiciones de da claro, recomendndose que la referencia sea un pirhelimetro de cavidad.Los pirhelimetros necesariamente deben ser montados en un dispositivo que realice seguimiento a la trayectoria solar, ya que deben apuntar al sol en plano normal durante todo el da. Para esto se utilizan sistemas de seguimiento o solar trackers, que con ayuda de un sistema de posicionamiento global (GPS) y algoritmos adecuadosdetermina su ubicacin y calcula la posicin del sol para as poder dirigir el pir-helimetro en su direccin.Los pirhelimetros tambin son clasicados por la ISO y la WMO en funcin de su precisin y tiempo de respuesta entre otros parmetros. Existen diversas marcas y modelos en el mercado, entre los cuales se puede mencionar Kipp&Zonnen, Eppley, Eko, Hukseux y otros.Otros Sensores Existen otros sensores que pueden ser tiles, an cuando su uso para prospeccin solar eslimitado (Figura 14).PirgemetrosLos pirgemetros son sensores diseados para la medicin de radiacin de longitud de onda larga infra-rojaen supercies planas. Su rango espectral va desde los 4000 a 40000 nm aproximadamente Esta radiacin tiene importancia en aplicaciones meteorolgicas para realizar balances de energa radiativa en la atmsfera. Apuntando en direccin al suelo pueden ser utilizados para medir la emisin infrarroja del terreno.Sensores UVLaradiacinultravioletaesunapartedelespectrototalderadiacin,especcamentedesdelos100 a los 400 nm de longitud de onda. An cuando la cantidad de energa presente en el espectro UV es inferior a la presente en los espectros visible e infrarrojo, la radiacin UV tiene propiedades que causan dao a los materiales, la piel humana, las plantas y otros. Los Sensores UV son utilizados para medir la magnitud en este intervalo espectral de la radiacin, para distintas aplicaciones tales como climatologa, salud, agricultura y materiales.Sensores PAREs un instrumento muy similar al luxmetro. Pero este mide la radiacin efectiva para la fotosntesis de las plantas y semillas, entre los 400 nm y 700 nm. Es usado comnmente para aplicaciones agrcolas.31Figura 14: Pirgemetro (izquierda), sensor UV (centro), sensor PAR (derecha).Equipo auxiliar para sensores Existe equipamiento adicional que complementa a los sensores. Aunque su uso no es obligatorio es isn embargo altamente recomendable.VentiladoresAunque los sensores de radiacin solar debieran estar instalados en lugares de fcil acceso para as ser sometidos a mantenimiento frecuente, en la prctica muchas veces deben ser instalados en lugares don-de con presencia de precipitaciones tales como lluvia, hielo, condensacin, e incluso polvo, las cuales causan incertidumbre adicional en las mediciones al interferir el camino de la radiacin a travs del domo protector. Figura 15 Unidad de ventilacin para un piranmetro.Las unidades de ventilacin cubren el sensor (piranmetro o pirgemetro) como se observa en la gura 15, y generan una corriente de aire alrededor del domo. Esta corriente de aire ayuda a mantener el domo limpio al reducir la cantidad de polvo que se deposita, as como eliminando condensacin y hielo que pueda formarse en el domo. Al mismo tiempo mantiene el sensor a una temperatura estable, y en casos de clima fro puede entregar calefaccin. Al prevenir la acumulacin de suciedad sobre el domo, la unidad de ventilacin ayuda a reducir las actividades de limpieza de ste, con lo que se reducen los costosde mantenimiento. 32Sistemas de SombreamientoParapodermedirlacomponentedifusadelaradiacinglobalhorizontaldebeobstruirselaradiacin directa recibida en el sensor. Esto puede ser obtenido con sistemas jos o mviles (gura 16).Un sistema jo utiliza un anillo de sombreamiento que obstruye al disco solar y la zona circumsolar duran-te todo el da. Considerando la variacin en la trayectoria solar durante el ao, se hace necesario variar la posicin del anillo con una frecuencia determinada por sus caractersticas. Los anillos tambin obstruyen una parte del cielo y por lo tanto de radiacin difusa, por lo que su lectura debe ser corregida mediante correlaciones que han sido desarrolladas como funcin del ancho del anillo y se encuentran disponibles en la literatura. No utilizar correlaciones de correccin para el uso de anillos signica que la radiacin di-fusa puede ser subestimada, y por lo tanto cualquier clculo de la radiacin directa realizado con dichos datos entregar valores sobreestimados.Figura16:Piranmetroconanillodesombreamiento(izquierda)yesferasde sombreamiento (derecha).Para sistemas mviles se utilizan discos o esferas de sombreamiento, que montadas en un seguidor solar bloqueansloeldiscosolarylazonacircumsolar,loquehaceinnecesarioelusodecorrelacionesde correccin como en el caso de los anillos de sombreamiento. 33Sistemas de seguimiento o Sun TrackersLos pirhelimetros deben estar orientados apuntando directamente hacia el sol de manera constante a lo largo de todo el da. Para lograr esto se montan en sistemas de seguimiento, que consisten en una pla-taforma de movimiento en dos ejes con capacidad de estar constantemente siguiendo la trayectoria del sol. A estos sistemas se les pueden instalar piranmetros, sistemas de sombreamiento de disco o esfera, y pirhelimetros. Los sistemas de seguimiento o solar trackers son accionados mediante servos elctri-cos, y encuentran la posicin del sol calculando su trayectoria. Para esto utilizan un sistema GPS que les permite conocer su ubicacin exacta y a partir de sta calcular la trayectoria del sol en el cielo. Luego un sistema de control activa los mecanismos para que el seguidor apunte directamente al sol durante todo el da, en lo que se denomina seguimiento pasivo. Para compensar errores mecnicos o pequeas de-ciencias en la nivelacin de los seguidores, se puede agregar un sensor que detecta la posicin del sol y controla pequeas correcciones a la trayectoria preprogramada si as fuera necesario.Los seguidores solares deben tener una precisin adecuada en su movimiento para cumplir con la alinea-cin del pirhelimetro hacia el sol. Por lo anterior son costosos y requieren operacin y mantencin por parte de personal especializado.Figura 17 Sistema de seguimiento en dos ejes34Rotating ShadowbandLos sensores y sistemas auxiliares descritos anteriormente son costosos tanto en capital, como en ope-racin y mantenimiento. Al mismo tiempo la precisin de los datos est relacionada con una adecuada instalacin, operacin y mantenimiento. A pesar de la baja incertidumbre de los sensores, una instalacin y operacin decientes, o una mantencin inadecuada puede resultar en una merma signicativa en la precisin de los datos recolectados.Una alternativa interesante que ofrece una estacin sucientemente robusta como para operar con mni-ma mantencin es el sistema rotating shadow band, o banda de sombreamiento rotatoria. Este sistema consiste en un piranmetro de silicio y una banda de sombreamiento rotatoria que lo obstruye con cierta frecuencia,comosemuestraenlagura18.Elpiranmetromideradiacinglobalhorizontal,ayser obstruido mide la radiacin difusa horizontal. La diferencia entre ambas es la radiacin directa en plano horizontal, a partir de la cual puede estimarse la DNI mediante transformaciones geomtricas basadas en la posicin del sol en el cielo.El sistema es robusto y apto para ser instalado en lugares aislados con mnima mantencin. Un sistema fotovoltaico le entrega la energa necesaria para el funcionamiento del controlador del motor que acciona el sistema de sombreamiento y para el sistema de adquisicin de datos. Aunque la precisin del sensor es menor que la de un piranmetro termoelctrico, su facilidad de uso y requisitos de mnima mantencin lo convierten en una excelente alternativa para prospeccin en lugares aislados o con alta presencia de polvo. La precisin del sensor es aceptable, se acerca a la de un sensor de segunda clase, y puede cali-brarse en terreno con ayuda de un pirhelimetro.Figura 18: Sistema rotating shadow band y piranmetro de silicio356Estaciones de MedicinUnaestacindemedicinsolareselconjuntodeinstrumentos,equiposauxiliaresysistemasde adquisicin de datos que permiten realizar una campaa de medicin y evaluacin de recurso solar. En general una estacin bsica estar compuesta por un tracker, un pirhelimetro para medir DNI, un pira-nmetro para global horizontal, y un piranmetro para difusa horizontal.Diseo y MontajeEl diseo de una estacin pretende satisfacer las necesidades especcas de medicin. Debern por lo tanto incluirse tantos sensores como componentes de la radiacin desean medirse, lo que implica agre-garlosequipamientosauxiliarescorrespondientes(talescomotracker,unidadesdeventilacinysom-breamiento). Tambin debern agregarse los sensores meteorolgicos que sean considerados relevantes (temperatura y humedad, presin, velocidad y direccin del viento, precipitaciones).Lugar de InstalacinEl objetivo de instalar una estacin de medicin es obtener datos de alta calidad para analizar las propie-dades del terreno. Idealmente, la estacin estar instalada en el rea de anlisis, sin embargo, en algunos casosnoserposible,porloquesepuedetolerarciertadistanciadependiendodelclimalocalylas caractersticas geogrcas.Una baja variabilidad en el clima y terreno, generalmente se traduce en una baja variabilidaden la radia-cin a lo largo del rea. Sin embargo, todos estos efectos se deben tomar en cuenta al evaluar en lugar de instalacin. Otro factor a evaluar en contra de la cercana del lugar de anlisis es la capacidad operacional, cercana a corriente elctrica, accesibilidad para mantenciones y comunicaciones entre los equipos y los sistemas de almacenamiento de datos.El lugar elegido para la instalacin de la estacin de medicin debe ser representativo del rea circundan-te. En este sentido, debe tenerse especial cuidado con efectos climticos localeso de pequea escala, para que las mediciones obtenidas en un punto sean representativas de un rea extensa de terreno. Si las condiciones son adecuadas y las caractersticas del terreno similares, las mediciones de una estacin pueden ser representativas de hasta 100 km2. En la eleccin del terreno, deben tenerse en cuenta los posibles desarrollos inmobiliarios futuros, para evitar sombreamiento indeseado. Deben evitarse terrenos ubicados en zonas cercanas a fuentes conta-minantes, aeropuertos, carreteras o lugares con exceso de trco humano o animal.Si el terreno elegido queda inserto en una zona rural, deben tenerse en cuenta las tcnicas utilizadas por los agricultores, puesto que la atomizacin de productos qumicos, especialmente aplicado desde avio-nes, puede generar distorsiones en las mediciones.El horizonte del sitio elegido para la instalacin de la estacin de medicin debe estar los ms despejado posible, ningn objeto debe ubicarse por sobre los 5 de elevacin por sobre el ngulo de visin de los sensores, en especial en los lugares por donde sale y donde se pone el sol. Con respecto al horizonte cer-cano, ningn debe estar ms cerca que 12 veces su altura. En ningn caso algn objeto puede bloquear la radiacin directa sobre algn sensor en ningn momento.Con respecto a las antenas, mientras tengan menos de 1 de ancho y no bloqueen la radiacin directa sobre los sensores, no representan mayores problemas de interferencia en los datos. 36Seguridad y AccesibilidadLa accesibilidad es muy importante, puesto que las mantenciones representan la actividad ms crtica en la calidad de los datos. Por esto, debern existir caminos despejados en todo clima y entradas a la esta-cin, para que el usuario pueda entrar fcilmente a realizar las mantenciones peridicamente. Las estaciones ubicadas en climas peligrosos debern estar equipadas de acorde para poder efectuar las mantenciones en cualquier condicin.La seguridad de la estacin es muy importante para asegurar la continuidad de los datos. Deben consi-derarse en el diseo y en la seleccin del sito daos por vandalismo y hurto sobre los equipos. Lo ideal es mantener las estaciones de medicin en lugares seguros, dentro de predios privados o sobre edicios con accesibilidad controlada. Es recomendable al menos un cierre perimetral, acceso restringido median-te puertas con chapas de seguridad y la instalacin de alarmas.Requerimientos EnergticosLas mediciones permanentes necesitan de una fuente de energa constante. En algunos lugares, la red elctrica local no es conable o incluso puede no existir.Las interrupciones en la alimentacin provocan espacios en blanco en los datos, que perjudican los anlisis de estos y los trabajos o modelaciones que sedeseerealizar.Esporestoquelamaneramsefectivayconvenientedeevitarprdidasesinstalar un sistema de alimentacin ininterrumpida (UPS por sus siglas en ingls, Uninterrupted power supply). Este sistema posee bateras que se cargan con corriente alterna (AC), y que en el evento de un corte, cambia la alimentacin desde la corriente las bateras por medio de un inversor. El cambio de switch es muy rpido, por lo que no debiera interrumpir las mediciones, aunque algunas son susceptibles incluso a cambios de milisegundos.Las unidades UPS se clasican por capacidad operativa (cantidad de potencia, Watts. Puede proveer de energia con o sin conectar a la red) y duracin de las bateras (cunto puede durar la unidad con carga completa).El usuario deber estimar el corte ms largo posible y la potencia consumida por los equipos, para as dimensionar su unidad UPS. Las bateras debern ser testeadas peridicamente para vericar su funcio-namiento durante los cortes. Los chequeos internos de bateras a veces slo avisan cuando la batera est cerca de una falla total y no cuando han degradado su desempeo.En lugares remotos, donde no exista acceso a la red, se deber evaluar la posibilidadde obtener gene-racin de energa local. Entre los sistemas a considerar estn sistemas fotovoltaicos, turbinas elicas (o ambos) o un generador a combustible con almacenamiento por bateras. Los sistemas basados en ener-gas renovables no convencionales (ERNC) debern ser capaces de mantener la estacin funcionando bajo cualquier condicin climtica. Se deber dimensionar el sistema de acorde a los requerimientos de la estacin y las condiciones climticas esperadas. El equipo de medicin deber tener especicaciones de funcionamiento bajo condiciones de cortes y ser probado de acorde. Esto signica que cuando se pro-duzca un corte, el equipo retomar las mediciones automticamente y seguir almacenando datos sin la intervencin del usuario. Este aspecto es de mucha importancia en lugares remotos donde la mantencin puede demorar mucho tiempo en llegar.37MontajePara la instalacin de sensores y radimetros, es de vital importancia seguir las instrucciones del fabricante.Todo instrumento se debe nivelar con su nivelador integrado, o de no tenerlo, con un nivelador de burbuja aprobado.Todas las conexiones elctricas deben ser a prueba de intemperie, insectos y aves. Es importante seguir las instrucciones del fabricante acerca de la orientacin de los cables de conexin (a veces se pide que estos no apunten al ecuador, por ejemplo).Se recomienda fuertemente al usuario considerar el uso de los ventiladores mencionados en el captulo 4, para disminuir las deposiciones en los sensores.La gura 19 muestra un ejemplo de recomendaciones efectuadas por el fabricante de piranmetros con respecto a su distancia desde obstculos y longitud de los cables de conexin al sistema de adquisicin de datos.Figura 19: Algunas recomendaciones de instalacin para piranmetrosEs importante tener siempre los datos de fecha, lugar (coordenadas) y altitud de medicin para toda es-tacin. Esto es para poder comparar los datos con otros parmetros fsicos del lugar.Para la medicin de parmetros meteorolgicos, se necesita un rea despejada de al menos10 x10 m. y una supercie de pasto corto.Puesta a tierra y proteccin de frecuenciaLosequiposdelaestacindebernestarprotegidosderayosydefrecuenciasderadioquepuedan interferir,interrumpiroquitarvalidezalosdatos.Esimportantetomarlosresguardosnecesariospara mantener los datos protegidos de ruidos externos. Cables blindados, pararrayos, y equipos de proteccin para circuitos electrnicos deben considerarse en el diseo de la estacin.38Adquisicin de DatosLos equipos de adquisicin de datos debern tener asociadas especicaciones que no degraden las me-diciones de los sensores. La mayora de los radimetros entregan un voltaje, corriente o resistencia que luego es medida por un voltmetro, ampermetro u ohmmetro. Luego, el valor medido por estos aparatos es convertido a unidades de ingeniera a travs de un multiplicador y/o desfasador, los cuales usan un es-tndar de calibracin reconocido. Los sistemas de adquisicin de datos, o data loggers, deben ser elegi-dos segn su nivel de incertidumbre, este nivel debe ser consistente con el del radimetro.Por ejemplo, las especicaciones tpicas de un data logger que mide seales de 10 mV (milivoltios) provenientes de un radimetro con una incertidumbre del 1% (es decir, de un error de 0,1 mV), tiene una incertidumbre de un 0,1% de lectura de datos, lo que se traduce en 0,01 mV. La entrada de seal del data logger deber tambin, estar dentro del rango de seales del radimetro, es decir, para el mismo radimetro de un mximo de seal de 10 mV, el data logger deber tener un rango de recepcin no menor a 10 mV. Sin embargo, si el data logger tiene un rango de 1 V, podr recibir sea-les del radimetro de 10 mV, pero no con la precisin deseada. La mayora de los data loggers actuales posee seleccin de rangos, y permite optimizar la medicin.Operacin y Mantenimiento Una estacin de medicin debe ser operada y mantenida de forma adecuada; de lo contrario la calidad de los datos generados se reduce, aumentando la incertidumbre. Considerando que los datos slo pue-den ser medidos una vez, es de vital importancia mantener a los sensores y equipos auxiliares en una condicin que asegure la calidad de los datos.Mantencin GeneralEsimportantesaber,antesdeinstalarunaestacindemedicinsolar,queabsolutamentetodoslos sensores, tanto meteorolgicos como de radiacin, necesitan una mantencin constante. Este costo, en materiales y horas/hombre, debe ser considerado al momento de evaluar el montaje de una estacin.El personal de operacin y mantenimiento deber estar calicado para tales tareas, y debern efectuarse capacitaciones para entrenar a los usuarios. Este factor es muy importante, sobre todo para instrumentos ms complejos, como los sistemas de seguimiento.Muchosdelossensoresmeteorolgicossonmuysensiblesalosgolpesylahumedad,porlotanto, aunque no haya daos visibles, se debern efectuar comparaciones peridicas con instrumentos que de seguro estn en buen estado, para determinar si los instrumentos funcionan adecuadamente.La mantencin ms importante de los radimetros es la de conservar el domo despejado y limpio. Cual-quier tipo de suciedad, polvo, tierra etc. afectar directamente la precisin e incertidumbre de los datos y resultados obtenidos. Es por eso que se recomienda el uso de las unidades de ventilacin, siempre que sea posible, sobretodo en lugares donde se aprecie condensacin excesiva, hielo, precipitacin, polvo o contaminacin, para mantener los instrumentos en el mejor estado entre perodos de limpieza.La segunda mantencin ms importante es prevenir la presencia de humedad al interior del sensor. Para esto se debe chequear el estado del desecante que posee la mayora de los instrumentos, cuyo gel de sli-ce cambia de color al humedecerse. Aunque es posible reutilizar el gel de slice, calentndolo por algunas horas para extraerle la humedad, no es recomendable ya que pierde ciertas propiedades de absorcin.39Mantencin de PiranmetrosChequeo del Domo: El domo se debe chequear y limpiar regularmente por causa de hojas, polvo, de-sechos de pjaros y otros. La frecuencia de inspeccin depende del lugar, pero de ser posible esta debe realizarse diariamente.Se deber limpiar con un pao de tela suave y limpiavidrios domstico, hasta que no queden residuos. De observarse congelamiento, ste puede ser removido con una tela suave y agua tibia. No es recomendable raspar el domo. Las unidades de ventilacin pueden ayudar a reducir o distanciar estas tarea.La dureza del domo es similar a la de un de vidrio comn, por lo que en lugares de mucho viento estos pueden ser erosionados por pequeas piedras y arena. Esta erosin afecta de gran manera las medicio-nes, siendo necesario reemplazar los domos de apreciarse este tipo de dao. Los domos de cuarzo, si bien son ms costosos, reducen este efecto.Chequeo de la supercie receptora: La supercie receptora es una parte plana y negra (o negra y blanca) dentro del domo, en la que se debe vericar que no haya condensacin sobre ste o en el interior del domo. De haber condensacin, se debe reparar y recalibrar el piranmetroChequeo del Desecante: La mayora de los piranmetros estn equipados con cartuchos desecantes, para mantener el interior y el sensor secos. Estos contienen gel de slice, que cambia de color a medida que absorbe humedad. El color del gel de slice deber ser chequeado una vez a la semana. Si cambia de naranja a transparente o blanco, o de azul a rosado para los ms antiguos, debern ser reemplazado por desecante nuevo.Chequeo del Nivelador Horizontal: se deber vericar una vez al mes si la burbuja del nivelador est en posicin correcta, para asegura que los equipos permanecen correctamente nivelados.Limpieza de la carcasa y el escudo solar: ambos se debern limpiar para evitar la corrosin. El escudo solar se debe mantener blanco y reectante. Si es necesario, se puede cambiar fcilmente.Chequeo del horizonte: Se deber chequear el horizonte del rango de visin del piranmetro. Ver si hay nuevas obstrucciones, como edicios, rboles, torres, etc.Chequeo de las Unidades de Ventilacin: La unidades de ventilacin se deben chequear mensual-mente. Limpiar la cubierta blanca y, de ser necesario, el ltro que se encuentra en la admisin del aire.Chequeo de los aparatos de sombreamiento: Se debe vericar diariamente el correcto posiciona-miento de los aparatos de sombreamiento, y reajustar de ser necesario.Mantencin de PirhelimetrosChequeo de la ventana y sus ltros: se debe chequear diariamente y limpiar con un pao suave y algn lquido limpiador no abrasivo. De igual forma, otros vidrios o ltros deben ser vericados y limpiados.Chequeo del Desecante: La mayora de los pirhelimetros posee un compartimiento con desecante, el que debe ser chequeado peridicamente. Chequeo de la orientacin: Los pirhelimetros con seguimiento semi-automtico deben ser ajustados a la declinacin del sol cada uno o dos das. Los pirhelimetros instalados en sistemas de seguimiento automticos no necesitan ajuste, pero es recomendable chequear su alineacinal hacer las labores de mantencin.40Teniendo esto en cuenta, se deben realizar tareas de mantenimiento en basediaria, mensual, semianual y anual segn sean las necesidades de la estacin y los recursos disponibles. Entreloschequeosdiariosgeneralesdebeincluirsecomomnimounalimpiezadelosinstrumentos, idealmente antes del amanecer y luego de cada precipitacin, inspeccin visual de los instrumentos en buscadeanomalascomocondensacindentrodelossensores,decoloracin,corrosin,chequearla alineacin de los instrumentos, las conexiones y el estado del cableado en general. Si la estacin cuenta con un sistema de seguimiento, debe chequearse el reloj y que el sistema de sombreamiento cubra com-pletamente el domo exterior del instrumento sombreado. Debe chequearse el funcionamiento general del sistema completo y realizar una revisin de los datos obtenidos el da anterior.Al menos una vez al mes debe chequearse el desecante e idealmente un chequeo de la resistencia de cada sensor. Un cambio en la resistencia es indicador de mal funcionamiento del instrumento.Los mantenimientos anuales y semi anuales deben incluir una calibracin de los instrumentos, chequeo del cableado y partes expuestas a intemperie, cambio de partes oxidadas o daadas en cualquier forma. Debe hacerse una inspeccin y testeo minucioso de todos los instrumentos y deben chequearse los se-llos, lubricar partes mviles, ventiladores y uniones.Condiciones de OperacinDependiendo de las condiciones climticas (algunas son ms extremas que otras), los sensores debieran ser capaces de funcionar por al menos 5 aos, teniendo una vida til esperada de unos 10 aos siguien-do las recomendaciones de mantencin y calibracin. CalibracinLos sensores de radiacin generalmente son entregados con su certicado de calibracin del fabricante, que dene los parmetros de medicin, las unidades de medida, la sensibilidad y/o el rango de medicin y el factor de calibracin. La calibracin de los sensores debe quedar documentada con certicados de calibracin y debe hacer-se al menos cada dos aos. Sin embargo, cada vez que se cambia un componente, se debe calibrar el sensor nuevamente.Control de calidad de los DatosLa calidad de los datos debe ser evaluada a medida que se van obteniendo. Una estacin sucia o mal instalada arrojar datos con altos niveles de incertidumbre o incluso errneos, requiriendo el anlisis de dasosemanasdeinformacinparapesquisarelproblema.Desgraciadamentenoexisteunamanera sistemtica de evaluar la calidad de los datos obtenidos, solo se puede presumir su nivel de certeza. En este contexto es muy importante que los supervisores de la estacin estn siempre al tanto de las condi-ciones de esta, para as evaluar si los datos se estn obteniendo con la calidad deseada, comparndolos constantemente con rangos que, previamente se hayan estipulado como dentro de lo normal.41Una buena forma de evaluar la calidad de los datos viene dada por la redundancia que existe entre los distintos instrumentos que debe haber en una estacin de medicin. Imaginemos una estacin en la que hay dos piranmetros, uno de Global Horizontal y otro que mide radiacin difusa utilizando un artefacto de sombreamiento, y adems se cuenta con un pirhelimetro con su respectivo sistema de seguimiento en dos ejes. Si se efecta el clculo para obtener la componente directa a partir del valor de la radiacin Global Horizontal y la Difusa, la podemos comparar, usando una relacin con los ngulos de altitud del sol con la magnitud de la DNI, valor que debiera estar midiendo el pirhelimetro en ese momento. As podemos comparar el funcionamiento de todos los instrumentos y obtener un error relativo entre ellos, aunque el mtodo no indicar cual es el instrumento que presenta error en sus mediciones.De encontrarse un error relativo alto, se debe buscar el instrumento que pueda estar presentando pro-blemas operacionales talescomo mala alineacin o nivelacin, suciedad, humedad, descalibracin, de-gradacin u otros.42Evaluacin de Recurso Elico1 Conceptos bsicos442 La necesidad de contar con los datos adecuados y sus caractersticas deseables45Efecto en los proyectos de la incertidumbre en los datos45Por cunto tiempo medir?463 Caractersticas del recurso elico. Tcnicas e instrumentos utilizados para su medicin 47Requerimientos de datos para proyectos elicos47Qu variables medir? 47Cmo medir las variables? 48Dnde medir? 50Mtodos de prospeccin: mediciones, estimaciones, simulaciones 50Normas internacionales que rigen los mtodos de evaluacin 55Criterios de decisin para determinar las necesidadesparticulares de prospeccin 56Sensores, instrumentos y equipos: seleccin, montaje, operacin, mantenimiento58Velocidad del viento 58Direccin del viento 65Seleccin del instrumento65Sistemas de medicin remota67Temperatura 67Presin69Inclinacin del Flujo 70Humedad 72Mantenimiento de la estacin de medicin 73Visitas al sitio 73Procedimientos de operacin y mantenimiento 73Documentacin74Revisin del funcionamiento de los equipos 74Inventario de repuestos75Procesamiento de datos75Recoleccin y manejo de datos 75Validacin, procesamiento y reportes de datos 78Errores comunes y forma de evitarlos85Instalacin de la estacin de medicin 85Operacin y mantenimiento de la estacin de medicin85Recopilacin y manipulacin de datos86Estimaciones de costos para las campaas de medicin8644La Tierra recibe una gran cantidad de energa procedente del Sol, de la cual, el 2% se transforma en energa elica capaz de proporcionar una potencia del orden de 1017 kW.De donde surge la denicin de viento como toda masa de aire en movimiento, que surge como conse-cuencia del desigual calentamiento de la supercie terrestre, siendo la fuente de energa elica, o mejor dicho, la energa mecnica que en forma de energa cintica transporta el aire en movimiento.Las causas principales del origen del viento son: La radiacin solar que es ms importante en el Ecuador que en los PolosLa rotacin de la Tierra que provoca desviaciones hacia la derecha en el Hemisferio Norte y hacia la izquierda en el Hemisferio Sur.Las perturbaciones atmosfricas.Cuantitativamente, la potencia del aire en movimiento, viene dada pores el caudal de energa cintica por segundo, es decir. Por su parte, el caudal volumtricoviene dado porAV, el caudal de masa del aire ser _AV y la potencia est dada por : Por lo tanto, la potencia extrable del viento depende linealmente de la densidad del aire y de su veloci-dad al cubo. Pero, la velocidad del viento vara con el tiempo y, por lo tanto, su potencia tambin variar, consecuentemente:La Potencia extrable del viento, vara fuertemente con la velocidad, siendo necesario medirla, con la mayor precisin posible, en el lugar exacto donde se quiera instalar el aerogenerador.La Potencia extrable del viento, vara con la densidad del aire, a causa de las variaciones de presin atmosfricay temperatura, en valores que pueden oscilar de un 10% a un 15% a lo largo del ao, para una misma locacin geogrca.1 Conceptos bsicos45recurso elicoEfecto en los proyectos de la incertidumbre en los datos.La Produccin Anual de Energa (AEP, por sus siglas en ingls) es la cantidad de energa entregada anual-mente por una planta de generacin de electricidad.Durante el estudio del proyecto, se disea un Pro-grama de Evaluacin del Recurso Elico (WRAP) para determinar la AEP media esperada (P50) y la incer-tidumbre de la AEP (). Estos dos nmeros determinan el horizonte nanciero del proyecto. Pequeas desviaciones en el nivel de incertidumbre pueden tener un efecto signicativo en las nanzas del proyec-to, traducindose en riesgo nanciero y a su vez en un mayor costo de la energa.El WRAP engloba una cantidad de incertidumbres independientes, algunas de las cuales pueden tener fuerteinuenciaenlaincertidumbreglobaldelaAEP.Dentrodelaincertidumbrerelacionadaconla estimacin del recurso elico ( ) estn la extrapolacin del perl vertical del viento, desde la altura de la torre a la altura de buje, y la extrapolacin horizontal desde la ubicacin de la torre a las ubicaciones de las turbinas.La AEP es una combinacin del recurso elico disponible en el sitio y la curva de potencia de las turbinas. La prediccin del AEP es usualmente considerada como una estadstica Gaussiana con un valor medio P50 y una incertidumbre, la cual afecta directamente las probabilidades de excedencia Pxx. Por ejemplo, un P90 de 100 GWh/ao signica que hay un 90% de probabilidades de que el parque elico genere al menos 100 GWh anualmente. Cuanto ms baja sea la incertidumbre, mayor ser el P90, tal como se observa en la Figura20.Las incertidumbres estn relacionadas tanto a la respuesta de las turbinas como a la estimacin del re-curso. La intensidad de stas vara de proyecto a proyecto, y es altamente dependiente del tamao y la complejidad del proyecto.Laincertidumbredelasmedicionespuedeserminimizadaadoptandomejoresprcticaseneldiseo, seleccin, calibracin, implementacin y uso de la anemometra. Cualquier evaluacin de recurso elico debe ser acompaada por una evaluacin exhaustiva y una declaracin numrica de incertidumbre, dado que a mayor incertidumbre, se incrementa el riesgos nancierosy por ende las condiciones de nancia-miento, aumentando las tasas de inters para absorber este riesgo.Figura 20Curva de probabilidad de excedencia de AEP, para una planta elica de 50MW2 La necesidad de contar con los datos adecuados y sus caractersticas deseables46Por cunto tiempo medir?En general, para todo desarrollo de un proyecto elico, lo ideal es contar con mediciones de largo plazo, que muestren el comportamiento del viento a lo largo de varios aos. Sin embargo esto no siempre es factible, por lo cual se recomienda llevar a cabo campaas de medicin con una duracin mnima de un (1) ao. Usualmente un ao es suciente para determinar la variabilidad diurna y estacional del viento. Con la ayuda de una estacin de referencia bien correlacionada, tal como la de un aeropuerto, tambin se puede estimar la variabilidad interanual del viento. La recuperacin de datos para todas las variables medidas debe ser al menos un 90% de la duracin del programa, con cualquier vaco de datos mantenido al mnimo (menos de una semana).47recurso elico3 Caractersticas del recurso elico. Tcnicas einstrumentos utilizados para su medicinRequerimientos de datos para proyectos elicosUna campaa de medicin del recurso elico tiene como objetivo determinar las caractersticas del vien-to y las condiciones ambientales tal como las experimentarn los aerogeneradores del futuro proyecto. El desarrollo de mediciones y de anlisis de calidad tiene como resultado una mnima incertidumbre en la prediccin de la produccin de energa de un proyecto propuesto, lo cual lleva a tomar mejores decisio-nes en cuanto al desarrollo del mismo.Paralograrunacampaademedicindecalidad,debenresponderseunaseriedepreguntasimpor-tantes: qu variables medir?, cmo medirlas?, dnde?, y por cunto tiempo? A continuacin se dar respuesta a cada una de estas interrogantes.Qu variables medir?Los datos de entrada principales para el procedimiento de evaluacin de un sitio son datos de medicin relacionados a diferentes parmetros meteorolgicos, los cuales conforman la entrada para los procedi-mientos de clculo para extrapolarlos a posiciones y alturas relevantes. Los siguientes parmetros meteo-rolgicos son requeridos como entrada para el procedimiento:Velocidad del vientoDireccin del vientoDesviacin estndar de la velocidad del viento (para calcular la intensidad de turbulencia)Temperatura del airePresin del aireDe la lista anterior, los parmetros resaltados son entradas esenciales para el procedimiento de evalua-cin del sitio, por lo que deben ser medidos directamente en el sitio y siguiendo las pautas que se expon-drn en el siguiente captulo. Los datos adicionales de la lista tambin son especcos para cada sitio, pero tambin pueden ser deri-vados de datos no especcos o de estimaciones. 48Cmo medir las variables? Para la medicin de las variables involucradas en una campaa de evaluacin de recurso elico, es nece-sario instalar una torre en la cual montar los respectivos sensores. Las opciones de estructura son tubular y de rejilla, generalmente atirantadas. En la tabla 2 se muestran las ventajas y desventajas de cada tipo de torre y en la Figura 21 se muestra el tipo de estructura.Torre TubularTorre de Rejilla Atirantada Facilidad de transporte. Menorcantidaddepersonalespecializado para su instalacin. Mejor relacin costo-benecio para instalacio-nes en terreno poco complejo. Menor requerimiento de espacio para labores de instalacin. Labores de mantenimiento menos complejas. Mejor relacin costo-benecio para instalaciones en terreo complejo. Necesidaddedesinstalarlatorreparadarles mantenimiento a los instrumentos. Nivelacin horizontal es ms compleja. Necesidad de contar con personal especializado para trabajo en altura. Mayor complejidad en transporte de estructura a sitio de instalacinFigura 21 Izq. Torre de rejilla de 80m. Der. Torre tubular de 60m Tabla 2Caractersticas de las torres tubulares y de rejillaFotografa izq. tomada dehttp://www.australianradiotowers.com/index.php?pageid=2004Fotografa der. tomadade http://tech-wind.com/index.php?menu=Products&submenu=Tubular%20Wind%20MastIndependiente de la torre que se utilice, se requiere que el anemmetro de la cspide est a una altura mayor o igual que 3/4 de la altura de buje que se pretende utilizar. Por ejemplo, si se pretende instalar turbinas con una altura de buje de 80m, el anemmetro de cspide de las torres de medicin en ese pro-yecto debera ubicarse a una altura mnima de 60m. Es importante considerar que, cuanto mayor sea la extrapolacin de la cizalladura del viento (wind shear), mayor ser la incertidumbre obtenida, por lo cual es recomendable medir lo ms cerca posible de la altura del buje.49recurso elicoCon respecto a la instalacin de los sensores, se debe seguir las recomendaciones de la norma de la Co-misin Electrotcnica Internacional (IEC, por sus siglas en Ingls) IEC-61400-12-1 Wind Turbines Part 12-1: Power performance measurements of electricity producing wind turbines, las cuales se detallarn en el siguiente captulo. El data logger utilizado para almacenar los datos, debe realizar un muestreo de las variables una vez cada uno o dos segundos, y almacenar como mnimo los siguientes parmetros:Promedio. Debe ser calculado para todas las variables en una base diez-minutal, la cual es el pero-do internacional estndar para la medicin de recurso elico. Exceptuando la direccin del viento, el promedio se dene como la media de todas las muestras. Para la direccin del viento, el promedio debe ser el valor de un vector unitario resultante. Los datos promedio se utilizan para reportar la va-riabilidad de la velocidad del viento, as como la distribucin de frecuencia de la velocidad y direccin del viento.DesviacinEstndar.Debeserdeterminadatantoparalavelocidadcomoparaladireccindel viento, y se dene como la desviacin estndar de la poblacin verdadera, compuesta de todas las muestras dentro de cada intervalo promediado. La desviacin estndar de la velocidad y direccin del viento son indicadores del nivel de turbulencia y la estabilidad atmosfrica. Tambin es til para detectar datos errneos o sospechosos cuando se validan valores promedio.Mximo y Mnimo. Los valores mximo y mnimo deben determinarse al menos diariamente para la velocidad del viento y la temperatura. El valor mximo (mnimo) se dene como la mayor (menor) muestra observada dentro del perodo seleccionado. El valor de direccin correspondiente a la velo-cidad mxima (mnima) del viento debe ser tambin almacenado. Los datos almacenados deben ser de naturaleza serial y designados por un identicador de fecha y hora.Adicional a lo anterior, la IEC requiere dentro de sus estndares para sitios de evaluacin de recurso elico los siguientes parmetros:El valor mximo de muestra de velocidad de viento, y su correspondiente direccin para cada inter-valo de diez minutos.La diferencia de velocidad de viento entre dos anemmetros instalados a diferentes alturas. 50Dnde medir?El sitio que se seleccione para instalar la torre de medicin debe ser representativo del rea donde se pre-tende desarrollar el proyecto. Debe evitarse en la medida de lo posible, medir en los puntos ms ventosos del rea del proyecto, o cerca de obstculos que no sean representativos del sitio.La prctica de la industria es respetaruna distancia mxima de separacin entre la torre de medicin y las ubicaciones de turbinas propuestas inicialmente para el proyecto, con el n de mantener la represen-tatividad de las mediciones.Esta distancia es dependiente del tipo de terreno del proyecto, tal como se muestra en la tabla 3.Tipo de terrenoSimple: mayormente plano, con algn cambio en la rugosidad del terrenoModeradamente complejo: colinas rodantes o efecto signicativo de la rugosidad del terreno, como presencia de vegetacin.Muy complejo: por ejemplo, estribaciones montaosasDistancia mxima entre ubicacin de turbina y torre de medicin2km1km0.5km Tabla 3Separacin entre torre de medicin y ubicaciones de turbinas segn tipo de terrenoMtodos de prospeccin: mediciones, estimaciones, simulacionesLa prospeccin es la evaluacin previa de un sitio de inters, con el n de determinar si el potencial elico dedichositioesadecuadoparadesarrollarunProgramadeEvaluacindelRecursoElico(WRAP),o Campaa de Medicin. La bsqueda de un sitio adecuado para el desarrollo de un proyecto elico involucra, adems deidenti-car reas con potencial elico atractivo, evaluar en estas reas otro tipo de factores que tambin inuyen en el desarrollo de un proyecto, tales como:Complejidad del terreno Disponibilidad y uso de terrenos Facilidad de acceso al sitio Distancia a puntos de conexin con lneas de transmisin Cercana de reas protegidas y lmites nacionales Potencial impacto de la construccin de una planta elica en el paisaje del sitio51recurso elicoLa ubicacin de un sitio adecuado para realizar una WRAP involucra tres pasos: I. Identicacin de reas con potencial de desarrollo de energa elica (prospeccin del recur-so elico). La prospeccin del recurso elico, se puede realizar por medio de diversas tcnicas o mtodo:Indicadores topogrcosEl anlisis de mapas topogrcos es una manera efectiva de alinear el proceso de bsqueda de un sitio adecuado para desarrollar el proyecto elico y la campaa de medicin. Se puede utilizar car-tografa regional e imgenes satelitales, buscando encontrar caractersticas topogrcas que proba-blementeexperimentenvelocidadpromediodevientomayorquelosalrededores.Esteprocesoes particularmente importante en zonas con poca o nula informacin histrica de la velocidad del viento. Algunas caractersticas geogrcas que tienden a experimentar velocidades de viento mayores son:a) Estribaciones orientadas perpendicularmente a la direccin predominante del viento.b) Las elevaciones ms altas dentro de un rea determinada.c) Las ubicaciones donde los vientos locales pueden canalizarse.Algunas caractersticas que se deben evitar son reas inmediatamente viento arriba o viento abajo de un terreno ms alto, el rea de sotavento de las estribaciones, y terrenos con pendiente excesiva. En cual-quiera de estos casos se experimentan mayores niveles de turbulencia.Uso de datos elicos existentes: Se reere a utilizar datos de estaciones meteorolgicas, aeropuertos, universidades, etc. cercanos al rea de inters.Debido a que estos datos no han sido recolectados con el propsito de evaluar el recurso elico, generalmente representan condiciones medias de cen-trosdepoblacin,enterrenorelativamenteplanoyenreasdepocaelevacin.Porestarazn,el benecio primordial que proveen es generar una idea del recurso elico dentro del rea de anlisis, no indicar los puntos ms ventosos de dicha rea. La Figura 22 muestra un ejemplo de estacin me-teorolgica, y se puede observar que las condiciones de medicin de viento no son ptimas para la prospeccin del recurso.Figura 22 Estacin meteorolgica tpica Tomado de http://www.novalynx.com/110-ws-16.html52Usodemapaselicosregionales:Envariospasesseencuentrandisponiblesmapaselicosdere-giones, que permiten a los desarrolladores de proyectos tener una idea sobre el potencial elico de unreadeinters.Estosmapasseelaborangeneralmenteutilizandodatosdelasestacionesme-teorolgicasdisponiblescomoentradademodelosdesimulacinatmosfrica,conloscualeslas medicionespuntualesseextrapolaneinterpolandentrodeunaregin.Lacalidaddeestosmapas est directamente relacionada con la calidad de los datos de las estaciones de medicin, que, como se mencion anteriormente, no siempre estn destinadas a la medicin de recurso elico. Por esta razn, los mapas elicos deben ser utilizados con precaucin. En la Figura 23 se muestra un mapa elico del estado de California, en Estados Unidos, desarrollado por el Laboratorio Nacional de Energa Renovable (NREL).Figura 23Mapa elico del Estado de Califor-nia, USA, para 50m de altura Mediciones en el sitio: Se puede instalar una torre de medicin de poca altura (normalmente de 10m) por un perodo corto en el sitio de inters. Estas mediciones ayudarn a determinar el potencial del sitio. Actualmente, se est aprovechando la facilidad de implementacin de los SODAR y LIDAR para los estudios de prospeccin, ya que stos, a diferencia de las torres, son fciles de movilizar e instalar, y permiten medir a diferentes alturas (incluso a la altura del buje), y determinar el perl verticaldel vien-to, mientras que con la torre de medicin, es necesario extrapolar y se debe utilizar una aproximacin de la cizalladura del viento. La Figura 24 muestra un SODAR y un LIDAR, y su relacin de tamao.Tomado de http://windeis.anl.gov/guide/maps/images/ca50mwind.jpgTomadodehttp://www.ecofriendlymag.com/sustainable-transporation-and-alternative-fuel/its-ofcial-nrel-says-sodar-data-as-good-as-from-met-towers/Tomado de http://www.nrgsystems.com/AllProducts/Remote%20Sensors.aspxFigura 24Izq: SODAR Triton de Second Wind . Der: LIDAR Windcube de NRG Systems 53recurso elicoEn el rea de energa elica, estos modelos sirven para obtener informacin ms detallada de las caracte-rsticas del viento en un sitio sin necesidad de visitar el mismo, u obtener datos observacionales. Permiten obtener informacin sobre la velocidad promedio mensual y anual, la distribucin de frecuencia de veloci-dad y direccin del viento. Estos datos permiten obtener un conocimiento ms profundo de la variabilidad estacional del recurso en el sitio, y evaluar la idoneidad delmismo para el desarrollo de una campaa de medicin. Ejemplos de estas herramientas son First Look - Wind Prospecting Tools, de la compaa 3TIER (http://www.3tier.com/rstlook/), el windNavigator de AWS Truewind (www.windnavigator.com), y el explorador Elico de la Comisin Nacional de Energa de Chile (http://condor.dgf.uchile.cl/EnergiaReno-vable/Chile). En la Figura 25 se muestra la herramienta First Look de 3TIer, y parte de la informacin que provee: promedio anual, promedio mensual y direccin del viento.Figura 25Herramienta First Look de 3Tier Aunque este mtodo provee mucha informacin detallada, debe tambin usarse con cautela, debido a quesusresultadostambindependendedatoshistricosdeestacionesmeteorolgicas,yporconsi-guiente, de la calidad de los datos de stas. II. Inspeccin y calicacin de sitios candidatos.Para escoger un sitio adecuado, deben realizarse visitas a todas las reas potencialmente adecuadas, con el n de vericar las condiciones de los sitios. Algunos aspectos de importancia que se deben evaluar incluyen: Disponibilidad y uso de tierra.Ubicacin de obstrucciones. rboles deformados por vientos fuertes persistentes (rboles bandera). Accesibilidad dentro del sitio. Impacto potencial en el paisaje local. Conabilidad del servicio de telefona celular para transferencias de datos. Posibles ubicaciones para las torres de medicin.Sisevaainstalarunatorredemedicinatirantada,sedebendeterminarademslascondicionesdel suelo para la seleccin de un anclaje adecuado. Tomado de www.3tier.com/rstlook54Las caractersticas de cada sitio deben ser comparadas con las de los dems sitios por medio de una tabla, en la cual se le asigne una ponderacin a cada tem evaluado, estableciendo una diferenciacin de peso entre tems si aplica. Con esta tcnica, se podr determinar cules son los sitios ms ptimos para el desarrollo del proyecto.Las visitas de campo tambin representan una oportunidad para hacer contacto personal con los dueos de las tierras. Se puede organizar una reunin con stos, con el n de presentarles el proyecto y respon-der sus consultas e inquietudes.III. Seleccin de la ubicacin de la torre de medicin dentro de los sitios candidatos.Para denir la posicin exacta de la torre de medicin se deben seguir dos lineamientos importantes:Colocar la torre lo ms lejos posible de obstrucciones locales al viento. Seleccionar una ubicacin que sea representativa a la mayora del sitio.Ubicar una torre cerca de obstrucciones como rboles o edicios, puede afectar de manera adversa el anlisis de las caractersticas de viento del sitio. La Figura 26 muestra los efectos de un ujo sin distorsin que encuentra una obstruccin. La presencia de estas caractersticas puede alterar la magnitud percibida del recurso elico en general, la cizalladura del viento y los niveles de turbulencia. Como regla, si los sen-sores deben colocarse cerca de una obstruccin, no deben colocarse a una distancia horizontal menor a 10 veces la altura de la obstruccin en la direccin predominante del viento.Figura 26Efectos de las obstrucciones en el flujo de aireConrespectoalarepresentatividaddelsitiodemontajedelatorredemedicin,latabla3(pag50) muestra la distancia mxima de separacin entre las turbinas y la torre de medicin para que la medicin sea representativa, en diferentes terrenos. Sin embargo, es importante recordar que, aunque se cumpla el criterio de separacin, este