viento

UNIVERSIDAD NACIONAL AUTÓNOMA DE MÉXICO
CENTRO DE INVESTIGACIÓN EN ENERGÍA.
FUNDAMNTOS DE MEDICIÓN Y
CARACTERIZACIÓN DEL VIENTO.
Dr. Erasmo Cadenas Calderón.
Indice.
•
•
•
•
•
•
La naturaleza del viento.
Determinación del recurso eólico.
Estaciones de medición.
Medición de viento en la Venta, Oaxaca
Tratamiento estadístico de la información.
Comentarios finales.
La Tierra
• La Tierra no es un esfera perfecta.
– Ecuador, se engrosa 21 km.
– Polo Norte está dilatada 10 m.
– Polo Sur está hundida unos 31 m.
La Atmósfera.
• Mezcla de gases que rodea a un objeto celeste.
• Tiene un grosor aproximada de 1,100 km.
• Aproximadamente la mitad de su masa se
concentra en los 5.6 km más bajos.
• Los gases que la componen son:
–
–
–
–
–
Nitrógeno (78%).
Oxígeno (21%).
Argón (0.9%).
Dióxido de carbono (0.03%).
Vapor de agua, trazas de hidrógeno, ozono, metano,
monóxido de carbono, helio, neón, kriptón y xenón.
La naturaleza del viento.
• El movimiento horizontal propio de la atmósfera, se le llama aire en
movimiento o viento.
• Los movimiento verticales o casi verticales se llaman corrientes.
• Los vientos se producen por diferencias de presión atmosférica,
atribuidas, sobre todo, a diferencias de temperatura.
• Las variaciones en la distribución de presión y temperatura se deben en
gran medida, a la distribución desigual del calentamiento solar, junto a
las diferentes propiedades térmicas de las superficies terrestres y
oceánicas.
• Los vientos pueden clasificarse en cuatro clases principales:
dominantes, estacionales, locales y, por último, ciclónicos y
anticiclónicos.
Vientos globales
Dirección del viento dominante.
• Los vientos están mucho más influenciados por la
superficie terrestre a altitudes de hasta 100 metros.
• El viento es frenado por la rugosidad de la superficie de la
tierra y por los obstáculos.
• Tratándose de energía eólica interesará conocer los vientos
de superficie y cómo calcular la energía aprovechable del
viento.
Dirección
NE
SO
NE
SE
NO
SE
Latitud 90-60°N 60-30°N 30-0°N 0-30°S 30-60°S 60-90°S
Velocidad y Potencia.
La potencia del viento está definida
de la siguiente manera:
Características del viento
Rugosidad (orografía)
Cizallamiento (Perfil de velocidades)
Determinación del recurso eólico
•
•
•
•
Colección de datos empíricos
Mediciones anemométricas
Correlaciones
Adquisición de datos en tiempo real
Colección de datos empíricos
Mediciones anemométricas
Estaciones de medición
Medición en la Venta Oaxaca
Sitio
Fecha
Hora
Temperatur
a
DataLogger
Voltaje de
Velocidad
Desviación
Batería
40 m
Estandar
30 m
Estandar
20 m
Estandar
10 m
Grados C
Volts
m/seg
40 m
m/seg
30 m
m/seg
20 m
m/seg
Canal 1
Velocidad Desviación
Canal 2
Velocidad
Desviación Velocidad
Canal 4
Desviación Radiación Desviación Temperatu Desviación Presión
ra
Estandar
Solar
Estandar
del aire
Estandar Barométric
a
10 m
W/m2
Grados C
in Hg
Canal 5
Canal 9
Canal 10
Desviación
Humedad
Desviación
Estandar
Relativa
Estandar
%
Canal 11
Canal 12
1
99-01-01
0:00:00
22.9
12.7
13
1.34
12.39
1.4
11.48
1.4
10.25
1.4
13.7
0.6
22.7
0.1
29.74
0.01
88
1
1
99-01-01
1:00:00
22.5
12.7
13.51
1.46
12.97
1.6
12.05
1.6
10.88
1.67
13.8
0.4
22.7
0.1
29.72
0.01
88
0
1
99-01-01
2:00:00
22.5
12.7
14.45
1.4
13.91
1.46
13
1.53
11.7
1.6
13.9
0.4
22.4
0.1
29.72
0.01
90
1
1
99-01-01
3:00:00
22.5
12.6
13.77
1.6
13.25
1.6
12.42
1.6
11.17
1.67
14
0.6
22.7
0.1
29.72
0.01
89
0
1
99-01-01
4:00:00
22.1
12.6
12.79
1.4
12.29
1.46
11.45
1.46
10.25
1.53
14
0.6
22.4
0
29.72
0.01
90
0
1
99-01-01
5:00:00
22.1
12.6
13.07
1.46
12.52
1.53
11.67
1.53
10.5
1.53
14.1
0.7
22.4
0.1
29.72
0.01
89
0
1
99-01-01
6:00:00
22.1
12.6
14.26
1.46
13.65
1.53
12.69
1.6
11.42
1.67
15.8
3.7
22.4
0.1
29.72
0.01
88
1
1
99-01-01
7:00:00
22.5
13.5
13.29
1.74
12.9
1.74
12.05
1.74
10.91
1.74
104.3
76
23
0.2
29.72
0.01
83
2
1
99-01-01
8:00:00
24.6
13.7
12.39
1.9
12.09
1.9
11.33
1.9
10.3
1.82
307.1
79.4
24.2
0.5
29.74
0.01
76
3
1
99-01-01
9:00:00
27.2
13.7
10.56
1.67
10.39
1.67
9.81
1.6
9.07
1.6
515.1
72.8
25.7
0.5
29.72
0.01
69
3
1
99-01-01
10:00:00
29.4
13.4
9.37
1.46
9.3
1.46
9.02
1.4
8.48
1.4
675.2
51.5
27.3
0.5
29.69
0.01
62
2
1
99-01-01
11:00:00
31.5
13.3
9.42
1.03
9.37
1.13
9.02
1.18
8.43
1.23
779.4
26.9
28.5
0.5
29.69
0.01
57
2
1
99-01-01
12:00:00
33.3
13.3
8.01
1.18
8.05
1.23
7.75
1.23
7.3
1.28
811.7
6.2
29.7
0.4
29.63
0.02
52
2
1
99-01-01
13:00:00
35.4
13.4
4.55
1.28
4.41
1.34
4.25
1.28
3.94
1.34
771
29.3
32
0.5
29.6
0.02
44
3
1
99-01-01
14:00:00
38
13.4
3.98
1.08
3.92
1.08
3.75
1.13
3.46
1.18
653.7
58.6
32.6
0.2
29.55
0.01
41
2
1
99-01-01
15:00:00
39.7
13.3
2.19
1.34
2.21
1.28
1.96
1.4
1.52
1.46
493.2
66.8
33.6
0.5
29.55
0.01
36
4
1
99-01-01
16:00:00
39.3
13
4.26
1.03
4.15
0.99
3.94
0.99
3.47
0.99
294.9
90.4
33.3
0.7
29.57
0.01
21
4
1
99-01-01
17:00:00
35.9
12.9
4.51
1.08
4.41
1.08
4.09
1.08
3.51
1.08
89.6
90.4
28.8
1.5
29.6
0.02
54
11
1
99-01-01
18:00:00
31.1
12.8
3.71
0.7
3.46
0.8
2.93
0.91
2.02
1.18
10.8
1.5
25.4
0.6
29.66
0.01
74
2
1
99-01-01
19:00:00
27.7
12.8
2.21
0.7
1.82
0.83
1.24
0.8
0.19
0.4
12.1
0.9
23.9
0.5
29.66
0.01
80
1
1
99-01-01
20:00:00
25.1
12.7
1.01
0.76
1.34
0.91
1.44
1.03
0.75
0.76
12.6
0.1
21.8
0.6
29.69
0.01
84
1
1
99-01-01
21:00:00
22.9
12.7
1.66
0.5
1.86
0.42
1.77
0.4
1.45
0.64
13.6
0.8
20.4
0.1
29.72
0.01
86
1
1
99-01-01
22:00:00
22.1
12.7
2.32
0.95
2.09
0.87
1.68
0.76
0.55
0.8
14.5
0.9
20.7
0.4
29.72
0.01
86
1
1
99-01-01
23:00:00
21.6
12.7
4.92
0.5
4.08
0.45
2.99
0.54
1.34
0.61
15
0.5
20.7
0.4
29.72
0.01
82
3
Tabla 1. Mediciones parciales de viento en la Venta Oaxaca, México, realizadas por CFE,
en el año de (1999)
Flujo de la información
Tratamiento Estadístico
• MINITAB
• Distribución de Frecuencias (Histogramas)
• Distribuciones de probabilidad (Normal,
Weibull)
• Comentarios finales.
MINITAB
Distribución de Frecuencias
(Histogramas)
Histograma para la Venta Oaxaca (1999)
Frecuencia
200
100
0
0
10
20
Enero-Marzo (40m)
30
Distribución de Frecuencias
(Histogramas)
Punto Medio
0
2
4
6
8
10
12
14
16
18
20
22
24
26
28
30
Cantidad
65 *******
245 *************************
223 ***********************
219 **********************
128 *************
104 ***********
119 ************
266 ***************************
323 *********************************
206 *********************
142 ***************
67 *******
16 **
10 *
20 **
7 *
Distribuciones de probabilidad
(Normal, Weibull)
La Venta, Oaxaca
Comportamiento Anual
La Venta, Oaxaca (1999)
Periodo de Medición: Enero - Diciembre
Altura de la Medición: 30 m
Frecuencia
300
200
100
0
0
10
20
Velocidad (m/s)
30
Análisis Mensual
La Venta, Oaxaca (1999)
La Venta, Oaxaca (1999)
70
Periodo de Medición: Enero
Altura de la Medición: 30 m
60
60
50
50
Frecuencia
Frecuencia
70
40
30
40
30
20
20
10
10
0
Periodo de Medición: Febrero
Altura de la Medición: 30 m
0
0
10
20
0
10
Velocidad (m/s)
30
La Venta Oaxaca (1999)
La Venta Oaxaca (1999)
100
Periodo de Medición: Marzo
Altura de la Medición: 30 m
70
20
Velocidad (m/s)
Periodo de Medición: Abril
Altura de la Medición: 30 m
60
Frecuencia
Frecuencia
50
40
30
50
20
10
0
0
0
0
10
Velocidad (m/s)
20
5
10
15
Velocidad (m/s)
20
25
Análisis Mensual
La Venta Oaxaca (1999)
La Venta Oaxaca de (1999)
50
60
Periodo de Medición: Mayo
Altura de la Medición: 30 m
Frecuencia
Frecuencia
Periodo de la Medición: Junio
Altura de la Medición: 30 m
50
40
30
20
10
40
30
20
10
0
0
0
5
10
0
15
5
10
La Venta Oaxaca (1999)
La Venta Oaxaca (1999)
Periodo de Medición: Agosto
Altura de la Medición: 30 m
40
Periodo de Medición: Julio
Altura de la Medición: 30 m
50
30
Frecuencia
40
Frecuencia
15
Velocidad (m/s)
Velocidad (m/s)
30
20
20
10
10
0
0
0
5
10
Velocidad (m/s)
15
0
5
10
Velocidad (m/s)
15
Análisis Mensual
La Venta Oaxaca (1999)
La Venta Oaxaca (1999)
Periodo de Medición: Septiembre
Altura de la Medición: 30 m
40
Periodo de Medición: Octubre
Altura de la Medición: 30 m
60
50
Frecuencia
Frecuencia
30
20
40
30
20
10
10
0
0
0
5
10
15
0
Velocidad (m/s)
Periodo de Medición: Noviembre
Altura de la Medición: 30 m
Periodo de Medición: Noviembre
Altura de la Medición: 30 m
80
80
70
70
60
60
Frecuencia
Frecuencia
20
La Venta Oaxaca (1999)
La Venta Oaxaca (1999)
90
10
Velocidad (m/s)
50
40
30
50
40
30
20
20
10
10
0
0
0
10
Velocidad (m/s)
20
0
10
Velocidad (m/s)
20
Análisis Estacional
Otoño_Invierno
Otoño_Invierno
Frecuencia
200
100
0
0
10
Velocidad (m/s)
20
30
Estacional
Verano
Frecuencia
100
50
0
0
5
10
15
Velocidad (m/s)
Invierno
Otoño
100
90
150
80
Frecuencia
Frecuencia
70
60
50
40
30
100
50
20
10
0
0
0
10
Velocidad (m/s)
20
0
10
20
Velocidad (m/s)
30
Comentarios finales
•
•
•
•
•
Instalación de Centrales de medición.
Tratamiento estadístico.
Uso de la computadora.
Equipo confiable y preciso.
Necesario un análisis estacional.