1a parte
ANTECEDENTES ANTECEDENTES HISTÓRICOS DEL HISTÓRICOS DEL
APROVECHAMIENTO DE APROVECHAMIENTO DE LA ENERGÍA DEL VIENTOLA ENERGÍA DEL VIENTO
ANTECEDENTES ANTECEDENTES HISTÓRICOS DEL HISTÓRICOS DEL
APROVECHAMIENTO DE APROVECHAMIENTO DE LA ENERGÍA DEL VIENTOLA ENERGÍA DEL VIENTO
1a parte
OBJETIVO
Dar una breve reseña histórica del aprovechamiento del potencial eólico y describir aspectos generales sobre la
circulación general de la atmósfera, los sistemas de vientos, y los factores que
influyen en el viento en superficie
1a parte
ANTECENDENTES HISTÓRICOS DEL USO DE LA ENERGÍA EÓLICA
• 2000 aC (?) Uso de molinos de viento por chinos y japoneses
• 100 aC (?) Uso de molinos de Viento en Egipto
• 900’s Ruedas de viento empleadas por los persas para irrigación
• 1191 Primer molino de viento reportado en Inglaterra
• 1330 Cuadro referente a molino de viento sobre lienzo en el museo alemán de Nurenberg
• 1500 Bosquejo de Leonardo Da Vinci sobre la construcción de un molino de viento
• 1700’s Las máquinas de vapor comienzan a desplazar el uso de la ruedas accionadas por viento
• 1745 Edmund Lee patenta el método de direccionamiento automático de los molinos
• 1891 Establecimiento de una estación experimental en Askov, Dinamarca
• Post Guerra
Mundial Investigaciones en varios países para utilizar en gran escala la energía del viento
• 1950’s La energía atómica disminuye el interés sobre el uso de la energía del viento
• 1970’s La escacez de energéticos revive el interés sobre el aprovechamiento de la energía eólica
1a parte
Molino persa
Máquinas Antiguas
1a parte
Molino de viento danésAerogenerador Gedser
Aprovechamiento del Potencial Eólico
1a parte
CIRCULACIÓN CIRCULACIÓN GENERAL DE LA GENERAL DE LA
ATMÓSFERAATMÓSFERA
CIRCULACIÓN CIRCULACIÓN GENERAL DE LA GENERAL DE LA
ATMÓSFERAATMÓSFERA
1a parte
DESCRIPCIÓN DE LA CIRCULACIÓN GENERAL
• El aire ecuatorial calentado asciende y se desvia hacia los polos, se enfría a medida que avanza y desciende a la tierra a una latitud aproximada de 30° Norte y Sur.
• Parte de esta corriente retorna hacia la región de baja presión constante en el Ecuador, mientras que el resto sigue su camino hacia el polo, pero a nivel del suelo.
• Ese aire enfriado, que llega hasta los límites del polo, se encuentra con otro más denso, que se separa del polo hasta una latitud de 60°, y se eleva sobre el mismo.
Este proceso indica que además de la región de baja presión existente en el Ecuador y las de elevada presión en los polos, hay circulos de presión intermedia: uno, de alta presión, alrededor de la latitud de 30°, determinado por el aire descendente; y otro, de baja presión, alrededor de la latitud de 60°.
1a parte
CIRCULACIÓN GENERAL DE LA
ATMÓSFERA
1a parte
Vientos Regulares o Constantes
1a parte
VIENTOS DOMINANTES Y TRAYECTORIAS CICLÓNICAS MÁS
FRECUENTES
1a parte
SISTEMAS DE VIENTOSSISTEMAS DE VIENTOSSISTEMAS DE VIENTOSSISTEMAS DE VIENTOS
1a parte
VIENTOS LOCALES
Este tipo de vientos se originan por diferencias de calentamiento sobre la superficie.
En esta categoría las Brisas Marinas y Vientos Valle-Montaña
1a parte
Vientos LocalesVientos Locales
Brisa MarinaBrisa Marina
1a parte
Vientos LocalesVientos Locales
Valle-MontañaValle-Montaña
1a parte
Vientos de Valle-MontañaVientos de Valle-Montaña
1a parte
Vientos de Valle-MontañaVientos de Valle-Montaña
1a parte
Vientos de Valle-MontañaVientos de Valle-Montaña
1a parte
VIENTOS OROGRÁFICOS
Este tipo de vientos son originados por efecto del relieve. Cuando el viento choca con un obstáculo, se ve obligado a subir sobre este.
El fenómeno de ascención del viento da origen a ciertas condiciones particulares, debido a las variaciones de las características meteorológicas, encontradas en diferentes lugares de la Tierra, dando origen a ciertos fenómenos especiales.
1a parte
VIENTOS OROGRÁFICOS
Nombre Características Lugar
Autan Seco y templado SW de Francia
Berg Seco y cálido Sudáfrica
Bora Seco y frío NE de Italia
Brickfielder Seco y caliente Australia
Buran Seco y frío Mongolia
Chinook Seco y templado W de Norteamérica
Föhn Seco y templado Alpes
Harmattan Seco y fresco Norte de África
Levante Húmedo y templado Zona Medirterranea
Mistral Seco y frío Valle del Ródano
Santa Ana Seco y caliente Sur de California
Sirocco Seco y caliente Sur de Europa
Tramontana Seco y frío NE de España
Zonda Seco y templado Argentina
1a parte
CHINOOK Y FÖHN
Cuando las masas de aire bajan por una ladera se comprimen, convirtiéndose en vientos secos y templados.
El efecto es más patente en primavera, cuando pueden derretir la nieve muy de prisa. Y se les llama vientos föhn en los Alpes y chinook (“devoradores de nieve”) en el oeste de Norteamérica.
1a parte
CHINOOK Y FÖHN
1a parte
Planteamientos para el Análisis de Sitios de Instalación de Sistemas Eólicos
Método Planteamiento Ventajas Desventajas
1 Utilizar datos de viento de una estación próxima; determinar las características de la producción de energía.
Requiere poco tiempo o gastos para reunir y analizar los datos. Si se usa adecuadamente esta información puede ser aceptablemente precisa.
Resulta bien sólo en amplias zonas de terreno llano donde el promedio anual de la velocidad del viento es 5 m/s o mayor.
2 Realizar medidas limitadas del viento en el lugar que se estudia, estableciendo correlaciones aproximadascon la estación cercana, y después calcular las características de la producción de energía.
Si existe una elevada correlación entre el lugar elegido y la estación, este método debe ser más preciso que el primero.
Su precisión puede ser puesta en tela de juicio, especialmente cuando existe modulación estacional de las velocidades y dirección de viento.
3 Reunir datos de viento del lugar y analizarlos para obtener las características de la producción de energía.
Es el método más preciso. Resulta eficaz con todo tipo de terreno.
Requiere por lo menos reunir datos de una año. Hay que añadir el precio de los anemómetros. El período al que se refieren los datosha de representar las condiciones típicas del viento.
1a parte
Factores Locales que Influyen en el Viento
1a parte
BARRERASBARRERAS
1a parte
EDIFICIOS
Flujo de aire alrededor de un edificio
1a parte
EDIFICIOS
Zona de Flujo perturbado sobre un pequeño edificio
1a parte
COMPORTAMIENTO DE UNA ESTELA SEGÚN LA FORMA DEL EDIFICIO
Forma del edificio, ancho/
altura
Distancias a sotavento (en términos de las alturas de los edificios)
5H 10H 20H% de velocidad disminuída
% de potencia disminuída
% de incremento de turbulencia
% de velocidad disminuída
% de potencia disminuída
% de incremento de turbulencia
% de velocidad disminuída
% de potencia disminuída
% de incremento de turbulencia
4
3
1
0.33
0.25
36
24
11
2.5
2
74
56
29
7.3
6
25
15
4
2.5
2.5
14
11
5
1.3
1
36
29
14
4
3
7
5
1
0.75
0.50
5
4
2
-
-
14
12
6
-
-
1
0.5
-
-
-
Altura de la estela (en alturas del edificio
1.5 2.0 3.0
1a parte
ROMPEVIENTOS
Usualmente los rompevientos consisten en filas de árboles. El grado de perturbación depende de la altura, longitud y porosidad del rompevientos. La porosidad se define como la razon del área abierta al área total del rompevientos (expresado como el porcentaje del área abierta.
1a parte
ROMPEVIENTOS
1a parte
PÉRDIDA DE POTENCIA E INCREMENTO DE TURBULENCIA VIENTO DEBAJO DE BARRERAS
DE DIFERENTES POROSIDADES
Porosidad área abierta/ área total
Distancias a sotavento (en términos de las alturas de los edificios)
5H 10H 20H% de velocidad disminuída
% de potencia disminuída
% de incremento de turbulencia
% de velocidad disminuída
% de potencia disminuída
% de incremento de turbulencia
% de velocidad disminuída
% de potencia disminuída
% de incremento de turbulencia
%
Sin espacio entre los árboles
20%
Con follaje escaso como el
pino
40%
Con follaje denso
40
80
70
78
99
97
18
9
34
15
40
55
39
78
90
18
-
-
3
12
20
9
32
49
15
-
-
Límite de la zona de turbulencia en términos de altura de la barrera
1.5 2.0 3.0
1a parte
ÁRBOLES INDIVIDUALES
Generalmente los árboles no se encuentran distribuídos como rompevientos. La estela de flujo turbulento detrás de árboles individuales se incrementa con la distancia aunque se debilita. Esta se extiende más lejos que para un objeto sólido.
1a parte
TERRENOS COMPLEJOSTERRENOS COMPLEJOS
1a parte
TERRENOS COMPLEJOS
Los terrenos complejos pueden ser clasificados en dos grandes categorías: terrenos elevados y depresiones. Desde el punto de vista de aprovechar el viento como recurso energético, estos accidentes topográficos son importantes, ya que las elevaciones sobre el terreno pueden quedar expuestas a vientos de mayor intensidad, así como las depresiones pueden “canalizar” el viento, proporcionando tambien zonas de mayor intensidad.
1a parte
TERRENOS COMPLEJOS
Los accidentes topográficos a considerar son:
Elevaciones sobre el terreno
• Lomas
•Montañas aisladas
•Acantilados o escarpas
Depresiones en el terreno
• Valles y cuencas
•Pasos y cañadas
1a parte
LOMAS
Las lomas son montañas alargadas levantándose a alturas entre los 150 y 600 metros por encima del terreno circundante.
A diferencia de una montaña aislada, en la que el viento tiende a rodearla en vez de remontarla, en la loma, dada su forma alargada el viento tenderá a una aceleración al pasar por encima de ella.
1a parte
LOMAS
1a parte
Aceleración del Viento sobre una Loma
1a parte
MONTAÑAS AISLADAS
1a parte
Características de Sitios en Montañas Aisladas por Efecto de la
Aceleración del Viento
Características Localización Característica del Flujo
La mejor La mitad superior de las montañas donde el viento dominante es tangente
El punto de máxima acelaración alrededor de la montaña
Buena Cima de las montañas El punto de máxima aceleración sobre la montaña
Regular La mitad superior cara a barlovento de la montaña
Una leve aceleración del flujo
Con disminución de velocidad Cara a sotavento Reducida velocidad y alta turbulencia
La base y laderas bajas de las montañas
Reducidas velocidades
1a parte
PASOS
1a parte
PASOS
1a parte
ACANTILADOS Y ESCARPAS
Flujo de aire contra acantilados
1a parte
ACANTILADOS Y ESCARPAS
Flujo de aire contra acantilados
1a parte
MESETAS
1a parte
Selección de un Emplazamiento según la Clasificación del Terreno
1a parte
Información Meteorológica Necesaria para el Estudio del Potencial Eoloenergético
Fases A: Exploratoria B: Palnificación C: Operativa
Clase de Información Propespección Diseño Preliminar
Evaluación del emplazamiento
Diseño Predicción Evaluación Comentarios
Grande Pequeño
1.- Datos convencionales @
Velocidad del viento* en 1 y/ó 3 horas
Medida:
Observada:
Dirección del viento
X
X
(X)
X
(X)†
(X)
X
X
X
X
X
X
(X)
X
X
X
X
X
Según las normas habituales, se aplica un viento promediado en 10 minutos cada hora, a 10 metros de altura sobre el terreno. La información específica con respecto a las características de la estación deben hallarse en los inventarios y catálogos. Datos medidos en la torre de observación.
Datos en altitud
Viento:
Temperatura:
X
X
(X)
(X)
Obtenidos de globos piloto y radiosondas.
Temperatura del aire X (X) X X
Humedad del aire (X) X
Presión Atmosférica X (X) X Presión en la estación.
Precipitación X Lluvia, nieve, capa de nieve, acidez.
* Se debe indicar la altura sobre el nivel del suelo del instrumento de medida de la velocidad del viento.
(X)† significa de importancia secundaria
@ Los datos convencionales se refieren a los disponibles en los Servicios Meteorológicos nacionales y habitualmente registrados con carácter períodico siguiendo las prácticas normalizadas recomendadas por la O.M.M.
1a parte
Información Meteorológica Necesaria para el Estudio del Potencial Eoloenergético (continuación)
Fases A: Exploratoria B: Palnificación C: Operativa
Clase de Información Propespección Diseño Preliminar
Evaluación del emplazamiento
Diseño Predicción Evaluación Comentarios
Grande Pequeño
1.- Datos convencionales @
Hielo (X) (X) X X X Engelamiento, hielos marinos.
Relámpagos (X) X X X X (X) Frecuencia.
Valores extremos Velocidad del viento y temperatura.
Fenómenos extremos (X) X X X X (X) Fenómenos meteorológicos peligrosos como ciclones tropicales (huracanes y tifones), tornados, tempestad de arena, rociones salinos.
2.- Información especial
Series cronológicas de velocidad de viento
(X) X X X X Obtenidas de registros analógicos o numéricos.
Turbulencia (X) X X X Habitualmente obtenida mediante medidas especiales.
Distribuciones verticales
(X) X X X Distribuciones verticales de temperatura y velocidad del viento obtenidas habitualmente de las torres meteorológicas, globos cautivos, sondas con paracaídas o sistemas de medida a distancia.
3.- Indicaciones eólicas y biológicas
X X X Observaciones de la topografía del terreno y vegetación acondicionada por el viento.
* Se debe indicar la altura sobre el nivel del suelo del instrumento de medida de la velocidad del viento.
(X)† significa de importancia secundaria
@ Los datos convencionales se refieren a los disponibles en los Servicios Meteorológicos nacionales y habitualmente registrados con carácter períodico siguiendo las prácticas normalizadas recomendadas por la O.M.M.