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¿Cómo se mide el recurso eólico?

¿Cómo se mide el recurso eólico?

La potencia que puede suministrar un aerogenerador depende especialmente de la velocidad del viento. Esta característica se manifiesta en que pequeñas variaciones en la intensidad del viento provocan importantes cambios en la potencia generada por los aerogeneradores. Por ello, una medida precisa de la velocidad del viento es fundamental para estimar el potencial eólico de un determinado lugar.

Por esto, antes de emprender un proyecto de instalación de un parque eólico, se hace imprescindible realizar una campaña de medidas del recurso disponible en la zona. Dicha campaña ha de durar al menos un año y se debe realizar en el propio emplazamiento.

Además, es importante desarrollar también una campaña de medidas a largo plazo, durante por lo menos 15 años. Esta campaña puede utilizar datos de una estación de referencia cercana, por ejemplo, del Instituto Nacional de Meteorología. Su objetivo es descartar que la campaña de medidas realizada en el propio parque no sea representativa del viento en la zona, dada la enorme variabilidad para el recurso eólico.

Medida de la velocidad del viento: anemómetro y veleta

La dirección del viento se puede medir con un dispositivo denominado veleta. El componente fundamental de una veleta es un elemento móvil que puede girar libremente alrededor de un eje. Sometido a la acción del viento, el elemento se orienta en la dirección de este.

Es posible registrar los datos medidos en un determinado intervalo de tiempo para la dirección del viento, lo que se realiza mediante un transductor. Este elemento se encarga de transformar la información de la posición de la veleta en una señal eléctrica, que puede registrarse de una manera sencilla. Un tipo de transductor relativamente sencillo estaría compuesto por un potenciómetro (resistencia eléctrica cuyo valor nominal se puede variar al girar un vástago integrado en el cuerpo del dispositivo) unido de manera solidaria al eje de la veleta. Si el potenciómetro es alimentado con un valor determinado de tensión, la salida de este variará en función del valor de resistencia del potenciómetro, valor que está directamente ligado con la posición de la veleta.

Para medir la velocidad del viento en un determinado emplazamiento, se utiliza un dispositivo denominado anemómetro. Está compuesto de varios elementos capaces de interceptar el viento y que pueden girar alrededor de un eje, de manera que la velocidad de giro del dispositivo es proporcional a la intensidad del viento. Uno de los tipos de anemómetros más comunes es el de cazoleta. Al igual que en el caso de la veleta, para registrar los datos medidos de la velocidad del viento, se transforma dicha información en una señal eléctrica. Esto se puede realizar utilizando un generador eléctrico acoplado directamente al eje de giro del anemómetro.

El generador suministra una corriente alterna cuya amplitud y frecuencia son proporcionales a la velocidad de giro de su rotor, que a su vez es proporcional a la velocidad del viento.

Los datos de las medidas de velocidad y dirección del viento se deben registrar durante largos periodos de tiempo, al menos durante la campaña de medidas. Por ello, es necesario habilitar un sistema de almacenamiento de dichos datos. Esto se puede realizar utilizando sistemas del tipo “datalogger”, que se sitúan en la base de la torre meteorológica, donde se ubican también los equipos de medida: veleta, anemómetro, etc.

Las torres meteorológicas suelen incorporar otros dispositivos de medida con el fin de almacenar la mayor cantidad de información posible sobre el comportamiento de la atmósfera en la zona. Así, es muy común registrar también parámetros como la humedad ambiental, la presión atmosférica o la intensidad de la radiación solar. Estos datos sirven como entrada para los modelos de predicción del viento, con los que es posible estimar con antelación la energía generada por un determinado parque eólico.

La ubicación de la torre meteorológica en el emplazamiento en estudio es fundamental. En particular, la elección de la altura de medida debe realizarse de manera cuidadosa, dada la importante variación de la velocidad del viento con este parámetro. A ser posible, la torre debe estar a una altura próxima a la del rotor de los aerogeneradores a instalar. Si esto no fuera posible, debería elegirse una altura no menor de dos tercios del valor real, aunque, si no hubiera más remedio, siempre es posible utilizar un valor de referencia (típicamente de 10 m) y posteriormente estimar la velocidad a la altura deseada mediante extrapolación. Esto último permite también comparar de una manera homogénea el viento medido en diferentes localizaciones.

Caracterización del viento mediante la observación de su influencia en su entorno

En ocasiones, es posible obtener mucha información de las características del viento en una zona observando la influencia de este en el entorno. Especialmente, en áreas con vientos intensos y persistentes, donde sus efectos pueden modificar significativamente las características de la orografía y del manto vegetal existente.

Por ejemplo, en lugares con fuertes vientos, es posible que estos provoquen cambios permanentes en las plantas. Este efecto es especialmente interesante en árboles, en los que pueden llegar a aparecer deformaciones en el tronco, ramas u hojas, que es posible correlacionar con la velocidad del viento. Así, los árboles presentarán cierta inclinación en la dirección predominante, que será tanto más acusada cuanto más intenso sea el recurso eólico en la zona.

El viento también puede cambiar significativamente la forma del terreno. Por ejemplo, en desiertos y otras zonas arenosas, la forma de las dunas y su orientación pueden ser indicativas de las características del viento.

Procesado de la información del viento

Los datos obtenidos durante la campaña de medidas han de ser procesados para poder extraer toda la información. Dichos datos son la base para estimar la producción eléctrica del hipotético parque eólico y, a partir de ellos, su viabilidad y, en su caso, su potencial de rentabilidad.

Una herramienta muy valiosa para presentar la información medida es la llamada “rosa de los vientos”. Se trata de una representación gráfica de los datos de la velocidad del viento en cada dirección del espacio. Es habitual mostrar, por un lado, la velocidad media y, por otro, la probabilidad de que el viento sople en cada dirección en el emplazamiento en cuestión. En este último caso, se representa el porcentaje de tiempo (o frecuencia) en el que el viento sopla en cada dirección.

Otra representación muy habitual de los datos obtenidos durante la campaña de medidas es la de distribución de velocidades del viento en el emplazamiento, también conocida como distribución Weibull. En ella se representa el número de horas al año (o porcentaje de horas anuales) para cada velocidad en un gráfico de barras. Esta gráfica permite estimar la energía suministrada por un determinado aerogenerador a partir de las características del mismo.

Se utiliza el polinomio de Weibull:

P = k / c * (v / c) ^ k – 1 * e - ^ (v / c) k

La P será el porcentaje o frecuencia en la que el viento soplará a una determinada velocidad de estudio (v). El parámetro de escala c (m/s) da una idea de la altura de la gráfica; mientras que el parámetro de forma k (adimensional) indica el desplazamiento de la curva a la izquierda (múltiples días con velocidades bajas) o a la derecha (días de vientos altos).

Como en el caso de la rosa de los vientos, se incluyen también todos los datos en forma tabular. Y es que las representaciones tabulares son muy útiles porque permiten recuperar los datos numéricos para hacer tratamientos estadísticos diferentes, en función de las necesidades.

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