5. SISTEMAS DE MONITOREO DEL SITIO

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1 5. SISTEMAS DE MONITOREO DEL SITIO E NOCIONES GENERALES DE ENERGÍA EÓLICA l objetivo principal del manejo de programas de monitoreo de sitios es identificar áreas potencialmente ventosas que, también, a su vez, poseen otras cualidades deseables para el desarrollo de la energía eólica del siting. Hay tres pasos en la identificación del siting: Identificación de áreas de desarrollo del potencial eólico; Inspección y alineación de los sitios candidatos; y Selección del lugar(es) de la torre dentro de los sitios candidatos. El análisis inicial de la región puede ser bastante grande, como un territorio o incluso un estado entero, por lo que el proceso del siting debe diseñarse para enfocar eficazmente las áreas más convenientes. 5.1 USO DE FUENTES DE DATOS DE VIENTO L a existencia de datos de viento es un recurso de información útil en la primera fase del proceso del siting. Puesto que estos datos representan archivos de condiciones de viento reales, es importante que ellos se evalúen previamente antes de buscar las áreas más ventosas de una región particular. Desgraciadamente, la mayoría de los datos de viento históricos no son acumulados para los propósitos de valoración de la energía eólica. Así los resultados representan a menudo las condiciones medias cercanas a los centros de población en terrenos relativamente llanos o en las áreas de elevación bajas. El primer beneficio luego del análisis, por consiguiente, es proporcionar una descripción general del recurso eólico dentro del área de análisis y no indicar con precisión los sitios más ventosos. Las fuentes comunes de información de viento incluyen los datos del Servicio Meteorológico Nacional (Instituto que archiva datos de tiempo de todas las estaciones meteorológicas que posee), universidades, empresas que supervisan la calidad del aire, cooperativas y empresas eléctricas, el Servicio Forestal, y otras varias organizaciones gubernamentales y privadas. No obstante, es probable que ninguna organización particular posea la cobertura de los datos completos para el área(s) de interés o provea todas las estadísticas usadas en la caracterización del recurso eólico. Por ejemplo, los datos del coeficiente de rugosidad generalmente no están disponibles por las estaciones del Servicio Meteorológico Nacional, subsecuentemente estas estaciones no usan torres con multi niveles. Una fuente mejor de CAPÍTULO 5: SISTEMAS DE MONITOREO DEL SITIO 60

2 información en este caso puede ser la utilización de torres de monitoreo de la calidad del aire si está en una ubicación representativa DATOS REGIONALES DEL RECURSO EÓLICO stimaciones del recurso eólico regional pueden obtenerse del Atlas del Potencial Eólico del Sur Argentino realizado por el Centro Regional de Energía Eólica (C.R.E.E.) DATOS DE VIENTO EN SITIOS ESPECÍFICOS i se desea examinar atentamente los datos de viento de estaciones seleccionadas, varios atributos sobre los datos deben determinarse incluso: Ubicación de la estación; Topografía local; Altura y exposición del anemómetro; Tipo de observación (promedio instantáneo o de cada hora); y Duración del registro. Son más representativos los datos del área circundante en casos donde el terreno es relativamente llano. En terreno complejo, la habilidad de extrapolar fielmente la existencia de información con la estación vecina más inmediata, es limitada. En décadas recientes, la mayoría ha tomado mediciones en los aeropuertos, en lugares adyacentes a las pistas de aterrizaje donde el área circundante está abierta y sin obstáculos. Mediciones tomadas en las azoteas pueden ser poco confiables debido a la influencia del edificio en el flujo del viento y deben usarse con cautela. Las alturas típicas de los anemómetros en los aeropuertos están entre los 6 m a 15 m (20-50 ft). Al comparar datos con otras estaciones, se recomienda que todos los datos de velocidad de viento sean extrapolados a una altura de referencia común (por ejemplo, 30 m o 40 m). Pueden ajustarse velocidades de viento a otras alturas usando la siguiente ecuación de la ley de potencial: Donde E S v2 = v1x z2 α z1 V 2 = velocidad desconocida a una altura z 2 ; V 1 = velocidad del viento conocida en la altura de medición z 1 ; y CAPÍTULO 5: SISTEMAS DE MONITOREO DEL SITIO 61

3 = exponente de rugosidad del terreno NOCIONES GENERALES DE ENERGÍA EÓLICA Como una primera aproximación, el exponente de rugosidad del terreno es a menudo asignado con un valor de 0.143, conocido como la 1/7 (ley de potencial). El coeficiente ; puede calcularse de acuerdo a la siguiente tabla en función a al rugosidad del terreno. Ver ANEXO del capítulo CLASE DE RUGOSIDAD TABLA 5.1 ALTURA DE LA RUGOSIDAD VALOR DE ; Los datos referenciados deben ser por lo menos de un año en duración y deben poseer datos consistentes para por lo menos el 90 por ciento de ese periodo de tiempo. Un formato útil para la existencia de datos es una serie de tiempo de velocidad del viento horaria y mediciones de dirección de viento que pueden analizarse para varias características del viento de acuerdo a las especificaciones del usuario. En muchos casos, los resúmenes de datos de viento estarán ya disponibles, eliminando la necesidad de procesar los datos. 5.2 INDICADORES TOPOGRAFICOS L os sistemas de presión están relacionados con patrones de viento en gran escala. Dado que el aire en esos patrones se mueve a través de áreas locales, la topografía y los distintos grados de calentamiento del terreno en esa escala pueden modificar su velocidad y dirección. En un lugar determinado, los árboles, edificios y otras influencias en pequeña escala pueden alterar aún más el flujo. Los efectos combinados de estas tres escalas de influencia originan vientos muy variables. La superficie sobre la cual el viento fluye afecta su velocidad de acuerdo a su grado de rugosidad. Una superficie desigual (tal como árboles y edificios) producirá más rozamiento que una superficie uniforme (tal como un lago). A mayor roce, más se reduce la velocidad del viento cerca de la superficie. CAPÍTULO 5: SISTEMAS DE MONITOREO DEL SITIO 62

4 Es extremadamente valioso saber como esa rugosidad afecta el perfil vertical de velocidad del viento cuando se decide la altura de torre más beneficiosa para el SCEE. Es esencial un claro entendimiento de la variación de la energía con la velocidad del viento para encontrar una altura con la máxima posibilidad de aprovechamiento. La siguiente ecuación define la relación entre energía disponible y velocidad. Donde Energía disponible = 0,5 * D * A * S 3 D = densidad del aire A = área del disco del rotor S = la velocidad del viento (S 3 = cubo de velocidad de viento) Puesto que la energía disponible varía con el cubo de la velocidad del viento, es aconsejable escoger un lugar donde la velocidad del viento esté en su máxima potencia EMPLAZAMIENTO EN TERRENO LISO E l escoger un lugar en un terreno liso no es tan complicado como determinarlo en zonas de colinas o de montañas. El terreno se puede considerar liso si reúne las siguientes condiciones: a) La diferencia de elevación entre el lugar y el área circundante es menor de 60 metros para un radio de 1,5 km. a la redonda b) La relación de h/ϱ es menor que 0, RUGOSIDAD UNIFORME L a rugosidad de superficie describe la textura del terreno. Mientras más rugosa es la superficie, más se dificulta al viento que fluye sobre ella. El terreno liso con rugosidad uniforme es el tipo más simple para elegir un lugar para el SCEE. Un buen ejemplo de terreno uniforme es un gran área de pradera lisa y rasa. Si no hay obstáculos la velocidad del viento a una determinada altura es casi la misma sobre todo su perfil vertical. La única forma de aumentar la energía disponible en un terreno de esas características es elevar la máquina por encima del nivel del suelo. Se puede utilizar una medición o cálculo de CAPÍTULO 5: SISTEMAS DE MONITOREO DEL SITIO 63

5 la velocidad de viento promedio a una altura para determinar cual es la velocidad del viento(y de ese modo la energía disponible) a otras alturas. La TABLA 5.2 brinda cálculos de los cambios en la velocidad para varias rugosidades de superficie en distintas alturas de torre. Los números tienen como base velocidades de viento medidas a 10 m porque los datos suministrados por el Servicio Meteorológico Nacional se miden con frecuencia a esa altura. Para calcular la velocidad del viento en otra (mayor o menor), multiplique la velocidad para 10 m por el factor para la adecuada rugosidad de superficie y altura. TABLA 5.2 CARACTERÍSTICAS DE LA RUGOSIDAD H= Rugosidad Superficie tersa Océano, arena Pasto bajo o terreno yermo Pasto alto o hilera baja de cultivos Hilera alta de cultivos o monte bajo Bosques con muchos árboles Suburbios, pequeños pueblos ALTURA SOBRE NIVEL 0 DE VIENTO (h STANDARD = 10 m) Las alturas en la TABLA 5.2 no debieran siempre pensarse como alturas por sobre el suelo. Sobre áreas de densa vegetación (tales como una huerta o bosque), se establece un nuevo nivel efectivo de suelo a aproximadamente la altura donde se tocan los árboles adyacentes. Por debajo de este nivel hay poco viento; por consiguiente, se le llama el nivel de viento cero, a la altura de desplazamiento cero. En un denso campo de maíz, el nivel de viento cero sería la altura promedio del maíz; en un campo de trigo, la altura promedio del trigo, etc. La altura en la cual tiene lugar este nivel se la denomina d en la FIGURA 5.1. La TABLA 5.2 representa gráficamente todas las alturas por sobre la altura d, y no por sobre el suelo. CAPÍTULO 5: SISTEMAS DE MONITOREO DEL SITIO 64

6 FIGURA CAMBIOS EN LA RUGOSIDAD E n muchos lugares, la rugosidad de superficie puede cambiar a sotavento del lugar del SCEE; por ejemplo: un bosque puede volverse una pradera rasa. Tal marcado o claramente definido cambio puede afectar el perfil vertical del viento. FIGURA 5.2 La parte A de la FIGURA 5.2 muestra como luciría el perfil de la velocidad del viento si la superficie es más rugosa a barlovento del lugar del SCEE durante la dirección más fuerte de la energía eólica. En este caso, el nivel de incremento del viento con la altura se reduce lo que significa que puede ser menos beneficioso aumentar la altura de la torre en esta CAPÍTULO 5: SISTEMAS DE MONITOREO DEL SITIO 65

7 situación. Por otro lado, la parte C del gráfico muestra que ocurre un incremento substancial en la velocidad del viento en la capa de transición si la superficie más tersa es a sotavento. Aquí puede resultar muy beneficioso aumentar la altura de la torre del SCEE. Un enfoque para calcular el perfil de viento es usar la información de una estación meteorológica cercana. Lógicamente, se usarían los promedios mensuales o anuales a la altura del anemómetro de esa estación y bastaría simplemente extrapolar la altura del SCEE para calcular la velocidad promedio en ese lugar. Sin embargo, este enfoque puede dar resultados erróneos si el rotor del SCEE está ubicado en un área que se ve afectada por una rugosidad de superficie sensiblemente diferente de la rugosidad en la estación meteorológica. En este caso deben utilizarse los valores de la TABLA 5.2. Para los casos en que el anemómetro no se encuentre cerca de los 10m y/o que la rugosidad es otra, debe tenerse en cuenta una relación de factores. El factor de multiplicación para el lugar del SCEE debería dividirse por el factor de multiplicación de la estación meteorológica para obtener el adecuado factor de corrección. Este factor de corrección debería entonces multiplicarse por la velocidad del viento promedio de la estación meteorológica para calcular la velocidad del viento del lugar del SCEE. TABLA 5.3: FACTORES DE EXTRAPOLACION DE LA VELOCIDAD DE VIENTO PARA LUGARES EN ARENAS CON RUGOSIDAD DE SUPERFICIE DIFERENTE Y DENTRO DE LA CAPA DE TRANSICIÓN CARACTERÍSTICAS DE LA RUGOSIDAD H= Rugosidad Superficie tersa Océano, arena Pasto bajo o terreno yermo Pasto alto o hilera baja de cultivos Hilera alta de cultivos o monte bajo Bosques con muchos árboles Suburbios, pequeños pueblos ALTURA SOBRE NIVEL 0 DE VIENTO, METROS Aunque los cálculos del perfil de viento se pueden usar para escoger los lugares del SCEE e identificar las alturas aceptables de torre, debe verificarse el perfil de viento. La mejor forma de CAPÍTULO 5: SISTEMAS DE MONITOREO DEL SITIO 66

8 verificarlo es realizar unas pocas mediciones del mismo en el lugar durante las condiciones más fuertes de viento. A. BARRERAS EN TERRENO LISO L as barreras producen áreas alteradas de flujo de aire a sotavento, conocidas como estelas. En estelas de barreras se reduce la velocidad del viento y aumentan los cambios rápidos en la dirección y velocidad del mismo, conocidas como turbulencias. Dado que la mayoría de los generadores tienen álabes relativamente delgados que giran a altas velocidades, las estelas de barreras deberían evitarse cada vez que fuese posible, no solamente para maximizar la energía, sino también para minimizar la turbulencia. La exposición a esta perturbación puede acortar en gran medida el ciclo de vida de pequeños SCEE. B. EDIFICIOS D ado que es factible que los edificios estén ubicados cerca del lugar propuesto para el SCEE, es importante saber como afectan el flujo de aire y la energía disponible.(figura 5.3) FIGURA 5.3 Como con los cambios en la rugosidad, las estelas en los edificios aumentan en altura inmediatamente corriente abajo, el viento fluye alrededor formando una estela con forma de herradura comenzando justo corriente arriba del edificio y ampliándose por alguna distancia corriente abajo. Una regla práctica general para evitar la mayoría de los efectos adversos es la de instalar un SCEE: A barlovento, a una distancia de más de dos veces la altura del edificio; CAPÍTULO 5: SISTEMAS DE MONITOREO DEL SITIO 67

9 A sotavento, a una distancia mínima de 10 (preferentemente 20) veces la altura del edificio; Al menos dos veces la altura del edificio por sobre el suelo si el SCEE está directamente a sotavento del mismo. La TABLA 5.4 resume los efectos de la forma del edificio sobre la velocidad del viento, energía disponible y turbulencia cuando están orientados en forma perpendicular al flujo. La forma del edificio está dada por la relación ancho dividido por altura. Los cambios de velocidad, potencia y turbulencia que se reflejan en la TABLA 5.4 se producen solamente cuando el SCEE se encuentra en la estela del obstáculo. La información de la rosa de los vientos indicará con que frecuencia esto ocurre realmente. El tiempo de porcentaje anual del hecho multiplicado por el porcentaje de la disminución de potencia en la Tabla dará la pérdida neta de potencia. DISTANCIAS A SOTAVENTO (EN TERMINOS DE ALTURAS DE EDIFICIOS) 5H 10H 15H FORMA DEL EDIFICIO (ANCHO/ALTO) Porcentaje disminución velocidad Porcentaje disminución potencia Porcentaje aumento turbulencia Porcentaje disminución velocidad Porcentaje disminución potencia Porcentaje aumento turbulencia Porcentaje disminución velocidad Porcentaje disminución potencia Porcentaje aumento turbulencia TABLA 5.4: COMPORTAMIENTO DE LA ESTELA EN EDIFICIOS DE FORMAS DISTINTAS C. CORTINAS DE PROTECCIÓN L as cortinas de protección son cortavientos que generalmente consisten en una hilera de árboles. Al elegir un lugar cerca de una cortina de protección, el usuario debería ya sea: CAPÍTULO 5: SISTEMAS DE MONITOREO DEL SITIO 68

10 Escoger un lugar lo suficientemente distante a barlovento, sotavento o al costado de la cortina de protección para evitar el flujo alterado; Usar una torre de altura suficiente para evitar el flujo alterado; o Si no se puede evitar del todo el flujo alterado en la cortina de protección, minimizar la pérdida de potencia y turbulencia estudiando la naturaleza del flujo de viento cerca de la cortina de protección y escoger un lugar de acuerdo con esto. El grado en el que el flujo de viento se altera depende de la altura, extensión y porosidad de la cortina de protección. El concepto de porosidad se entiende como el porcentaje de área rasa que uno vería al mirar a través de una cortina de protección. La FIGURA 5.4 ubica el área de mayor turbulencia y disminución de velocidad cerca de un denso cortaviento. A que distancia a barlovento y a sotavento se extiende el área de flujo alterado varía con la altura de la barrera. Por lo general mientras más alto es el cortaviento, más lejos está el área que a barlovento y sotavento experimentaría un flujo alterado. FIGURA 5.4 Para aprovechar la aceleración del viento sobre una cortina de protección, se debe colocar todo el disco del rotor arriba del área de turbulencia (FIGURA 5.5). Para determinar donde está ubicada esta zona, el usuario debería estudiar los patrones de turbulencia durante las condiciones de viento más fuertes. CAPÍTULO 5: SISTEMAS DE MONITOREO DEL SITIO 69

11 La TABLA 5.5 brinda información sobre la velocidad del viento, disminución de potencia y aumento en turbulencia en lugares al abrigo de la cortina de protección. Los cambios se expresan como porcentajes del flujo a barlovento. La porosidad del cortaviento se puede calcular visualmente. Las variaciones de velocidad, potencia y turbulencia que se representan en la tabla ocurren solamente cuando el SCEE se encuentra en la estela de la cortina de protección. La información de la rosa de los vientos indicará con que frecuencia esto ocurrirá realmente. El tiempo del porcentaje anual del hecho multiplicado por el porcentaje de la tabla dará el cambio neto. DISTANCIAS A SOTAVENTO (EN TERMINOS DE ALTURAS DE CORTINA DE PROTECCIÓN) 5H 10 H 15 H POROSIDAD (a) (Area Rasa % Area Total) Porcentaje disminución velocidad Porcentaje disminución potencia Porcentaje aumento turbulencia Porcentaje disminución velocidad Porcentaje disminución potencia Porcentaje aumento turbulencia Porcentaje disminución velocidad Porcentaje disminución potencia Porcentaje aumento turbulencia 0 % (Sin espacio entre árboles) 20 % con follaje denso como el pino o árboles de hoja ancha 40% con follaje denso como el Piceo Colorado TABLA 5.5: Pérdida de la Potencia Disponible y Aumento de la Turbulencia a Sotavento de las Cortinas de Protección de varias porosidades CAPÍTULO 5: SISTEMAS DE MONITOREO DEL SITIO 70

12 D. ARBOLES SEPARADOS L NOCIONES GENERALES DE ENERGÍA EÓLICA os árboles cercanos a un futuro lugar del SCEE puede ser que no estén organizados en una cortina de protección. En tales casos, el efecto de uno separado o de varios esparcidos sobre el área circundante puede ser un problema. La estela del flujo de aire alterado detrás de árboles separados se vuelve más grande (pero más débil) con la distancia, muy parecido a la estela de un edificio. FIGURA 5.5 E. BARRERAS ESPARCIDAS A l tomar en cuenta las estelas de las barreras analizadas, resultan evidentes las ventajas de aumentar la altura de la torre. Si es imposible escoger un lugar que no esté ubicado en ninguna estela de barrera, el SCEE debiera elevarse por encima del flujo de aire más frecuentemente alterado. Para evitar la mayoría de los efectos no aconsejables de las barreras esparcidas, una regla práctica conservadora es colocar el disco del rotor a una altura mínima de tres veces aquella de la barrera más alta a barlovento. Si esta regla no es práctica por razones económicas u otras, el usuario puede: I. Encontrar la altura mínima que se necesita para evitar la región de turbulencia más fuerte usando las técnicas de detección de turbulencia; II. Escoger el lugar de manera que el SCEE evite la mayor obstrucción dentro de un radio de 160 m por al menos 10m de alto. CAPÍTULO 5: SISTEMAS DE MONITOREO DEL SITIO 71

13 F. EMPLAZAMIENTO EN UN TERRENO IRRREGULAR C NOCIONES GENERALES DE ENERGÍA EÓLICA ualquier terreno que no responda a los criterios enumerados en la TABLA 5.3 se lo considera que es irregular o complejo. Para elegir los lugares propuestos en dicho terreno, el usuario potencial debería identificar los rasgos del mismo (por ejemplo: colinas, sierras, precipicios, valles), ubicados en o cerca del área de emplazamiento. En un terreno complejo, las formas de la tierra afectan el flujo de aire a cierta altura por sobre el suelo en muchas de las mismas formas que lo hace la rugosidad de superficie. Sin embargo, los rasgos topográficos afectan el flujo del aire en una escala mayor, superando en importancia los efectos de la rugosidad. Al examinar los diferentes factores de emplazamiento de acuerdo a sus efectos sobre la energía eólica, se deberían tener en cuenta los rasgos topográficos, en primer lugar, las barreras en segundo lugar, y la rugosidad en tercer lugar TERRENO ELEVADO E l viento por lo general aumenta con la altura. Un medio como ser una torre, eleva al SCEE a un área de vientos más fuertes. Además, los cambios diarios de temperatura afectan el perfil del flujo. A la noche a medida que se enfría la superficie de la tierra, se enfría también el aire cercano a la misma. El fresco y pesado aire circula desde las laderas a los valles y puede formar una capa de varias decenas de metros de profundidad en las primeras horas de la mañana. Esta cúpula se separa del flujo de aire principal que corre por encima de ella produciendo las calmas matinales que a menudo experimentan las tierras bajas. Debido a este fenómeno, un SCEE ubicado sobre una colina o sierra puede producir potencia toda la noche, pero uno ubicado en una elevación más baja puede no hacerlo. Una situación similar pero más persistente puede ocurrir durante el invierno, cuando el aire frío se desplaza hacia un área. De manera muy similar al agua que fluye, el aire tiende a llenar todos los lugares bajos. Esto puede producir extensos períodos de calma en las tierras bajas mientras las colinas circundantes experimentan vientos que pueden accionar un SCEE. Al emplazarlo en elevaciones mayores, uno puede a menudo sacar ventaja de vientos más persistentes. CAPÍTULO 5: SISTEMAS DE MONITOREO DEL SITIO 72

14 A. SIERRAS L NOCIONES GENERALES DE ENERGÍA EÓLICA as sierras se definen como colinas alargadas que alcanzan una altura menor o igual a los 600 m sobre el terreno circundante y tiene poca o ningún área lisa en la cima. Existen tres ventajas en colocar un SCEE en una sierra: a) Actúa como una torre; b) Se pueden evitar parcialmente los efectos no aconsejables del enfriamiento cerca del suelo; y c) La sierra puede acelerar el flujo de aire sobre ella, aumentando así la energía disponible. Las primeras dos ventajas no son exclusivas, sino que comprenden todos los rasgos topográficos que tienen mucho relieve (colinas, montañas, etc.). La FIGURA 5.6 muestra como se comprime el aire cuando se acerca a la sierra y forma una capa más delgada lo que lo acelera cuando cruza la cima (ventaja c). FIGURA 5.6 La orientación de la sierra con relación a la dirección del viento más fuerte es un factor importante para determinar la magnitud de la aceleración del viento. La FIGURA 5.7 describe diferentes orientaciones y clasifica su conveniencia como lugares para SCEE. Sin embargo, al comparar las sierras, es importante recordar que una de varios cientos de metros o más alta que otra debiera tener vientos significativamente mayores, principalmente porque la velocidad aumenta con la altura. Esto es cierto aún si CAPÍTULO 5: SISTEMAS DE MONITOREO DEL SITIO 73

15 la sierra más alta es levemente menos perpendicular con respecto al viento más fuerte que la sierra más baja. La parte A de la figura muestra la orientación ideal con respecto al viento más fuerte. La aceleración máxima en la cima de la sierra se produce cuando el viento más fuerte sopla en forma perpendicular a ésta. La aceleración disminuye si la traza de la sierra no es perpendicular, como en la parte B de la figura. Cuando la línea es paralela al viento más fuerte, como en la parte C, hay poca aceleración sobre la cima de la sierra; sin embargo, la sierra puede aún ser un lugar de viento adecuado dado que actúa como una colina o pico aislado. La orientación de sierras cóncavas o convexas (o dichas partes de una sierra) puede aún más modificar el flujo de aire. La parte D de la figura muestra como la concavidad en el lado a barlovento puede intensificar la aceleración entubando el viento. Por otra parte, la convexidad en la parte a barlovento (parte E) reduce la aceleración desviando el flujo de aire alrededor de la sierra. FIGURA 5.7 CAPÍTULO 5: SISTEMAS DE MONITOREO DEL SITIO 74

16 La FIGURA 5.8 muestra las formas de varias sierras y las clasifica por el grado de aceleración que ellas producen. Obsérvese que una sierra con forma triangular origina la mayor aceleración y que la redondeada está en segundo lugar de preferencia. La información usada al clasificar estas formas se obtuvo en experimentos de laboratorio usando túneles de viento. Aunque se han realizado pocos experimentos sobre viento en auténticas sierras, los resultados son similares a las simulaciones en túneles. Ambas indican que ciertas laderas, básicamente a pocas decenas de metros cerca de la cima, incrementa el viento de una manera más efectiva que otras. La TABLA 5.7 clasifica a las sierras con laderas tersas y normales de acuerdo a su valor como lugares de generación eólica. FIGURA 5.8 El FIGURA 5.9 da variaciones de porcentaje en la velocidad de viento para una sierra con forma ideal. Dado que estos números se obtienen a partir de los experimentos en túneles de viento, no se deberían interpretar literalmente; sin embargo el usuario debería esperar tendencias de vientos similares a lo largo del sendero del flujo. Por lo general, la velocidad disminuye de manera significativa al pie de la sierra y luego acelera a un máximo en la cresta misma. CAPÍTULO 5: SISTEMAS DE MONITOREO DEL SITIO 75

17 Otro aspecto a tener en cuenta al escoger un lugar en una sierra es la zona turbulenta que a menudo se forma al abrigo de las mismas. Mientras más pronunciada sea la ladera y más fuerte el flujo de viento, es más factible que se formará turbulencia al abrigo de ella. De este modo, es más seguro emplazar en la cima de la sierra para ambas cosas (maximizar la energía y evitar la turbulencia a sotavento). Los extremos de las sierras son a menudo buenos lugares para el SCEE. Aún en una muy larga, casi un tercio del aire que se aproxima a velocidades bajas puede fluir alrededor, más que sobre la sierra. Para mover tal volumen de aire alrededor el viento se debe acelerar a medida que fluye hacia los extremos. Como en el caso del terreno liso, no se deberían pasar por alto los efectos de las barreras y de la rugosidad. Luego de elegir la mejor parte de una sierra teniendo como base su geometría, el usuario potencial debería tomar en cuenta las barreras y luego la rugosidad de superficie a sotavento. Se resumen a continuación los aspectos más importantes a tener en cuenta al emplazar un SCEE en o cerca de sierras. FIGURA Las mejores sierras o partes de una sierra individual son aquellas casi perpendiculares al viento más fuerte. Sin embargo, es preferible una sierra varias decenas de metros más alta que otra y sólo levemente menos perpendicular al viento. 2. Se deberían elegir sierras o partes de una sierra individual que tengan las laderas ideales o varias decenas de metros de la cresta (usar TABLA 5.6). Los lugares en sierras que merecen especial atención son aquellos con rasgos tales como desfiladeros, pasos y monturas. CAPÍTULO 5: SISTEMAS DE MONITOREO DEL SITIO 76

18 3. No se deben tener en cuenta los lugares donde sea imposible evitar la turbulencia o la excesiva capa de inversión del viento. 4. Se deben tener en cuenta rugosidad y barreras. 5. Si no se puede ubicar el emplazamiento en la cresta de la sierra, el lugar debería ser en los extremos o tan alto como sea posible en la ladera a barlovento. Se debe evitar la base de la sierra y el lado a sotavento. 6. La vegetación puede indicar la zona de la sierra que tenga los vientos más fuertes. LADERA DE LA COLINA CERCA DE LA CIMA CONVENIENCIA PENDIENTE EN PORCENTAJE (a) ANGULO DE LA LADERA DEL LUGAR DEL SCEE IDEAL MUY BUENA BUENA 10 6 RAZONABLE 5 3 NO ACONSEJABLE Menos de 5 Menor de 3 Más de 50 Mayor de 27 TABLA 5.6: CONVENIENCIA DEL LUGAR DEL SCEE TENIENDO COMO BASE LA LADERA DE LA SIERRA B. COLINAS AISLADAS Y MONTAÑAS S e considera una colina aislada cuando tiene como mínimo 600m de alto, está separada de cualquier otra y tiene un largo de menos de 10 veces su altura. Las colinas de más de 1000m de alto serán clasificadas como montañas. Al igual que los lagos, pueden acelerar el viento que fluye sobre ellas pero no tanto como las sierras. Se obtienen dos beneficios al emplazar en colinas: a) Se puede acelerar el flujo de aire; y b) La colina actúa como una enorme torre, elevando al SCEE a un flujo de aire superior más potente y por encima de la parte de enfriamiento nocturno y los períodos de calma resultantes. Los mejores lugares para SCEE en una colina aislada pueden estar a lo largo de los costados, en la tangente con relación al viento más fuerte siempre que estén redondeados de modo uniforme. CAPÍTULO 5: SISTEMAS DE MONITOREO DEL SITIO 77

19 Al escoger un lugar en una montaña aislada, el usuario potencial debería tener en cuenta todos los factores analizados para las colinas. Sin embargo, debido al mayor tamaño, mayor relieve y configuración más complejas del terreno se deben tener en cuenta otros factores. La inaccesibilidad puede crear problemas logísticos, y peligro de tormentas, rayos, granizo, nieve y heladas. A pesar de las desventajas, una montaña aislada puede aún ser el lugar para el SCEE más prometedor en el área. Para elegirlos en las áreas más favorables, use los mismos criterios que para sierras y colinas. Estas áreas favorables pueden ser muy grandes y presentar rasgos diferentes de terreno, barreras y rugosidades de superficie. Para indicar con precisión el mejor lugar, primero tome en cuenta los rasgos más importantes del terreno; luego evalúe las barreras y rugosidad de superficie. La vegetación puede brindar información adicional para la comparación del lugar. CONVENIENCIA UBICACIÓN CARACTERÍSTICAS DEL FLUJO BUENA El punto de aceleración Parte superior de colinas donde máxima alrededor de la vientos más fuertes es tangente colina BUENA Cumbre de colinas El punto de máxima aceleración sobre la RAZONABLE EVITAR EVITAR Parte superior de la cara a barlovento de la colina Mitad total a sotavento de las colinas Las bases y las partes más bajas de las colinas colina Una leve aceleración del flujo arriba de la colina Velocidades de viento reducidas y fuerte turbulencia Velocidades de viento reducidas TABLA 5.7: CONVENIENCIA DEL LUGAR DEL SCEE EN COLINAS AISLADAS C. PRECIPICIOS U n precipicio, según se lo analiza en este manual, es cualquier escarpadura (meseta, loma, etc.) de largo suficiente (10 o más veces su altura) para obligar al aire a circular por encima más que alrededor de su cara. Los factores que afectan el flujo de aire sobre precipicios son la ladera (en ambos lados, a barlovento y a sotavento), la altura del peñasco, la curvatura a lo largo de la cara, y la rugosidad de superficie. La FIGURA 5.10 muestra como el aire fluye sobre precipicios de diferentes laderas. CAPÍTULO 5: SISTEMAS DE MONITOREO DEL SITIO 78

20 FIGURA 5.10 Estudios del flujo sobre precipicios, realizados en túneles de viento y con modelos teóricos, muestran que el lugar de la zona de vientos más fuertes depende de la altura del mismo. Para precipicios chicos (30 m ó menos en altura) el usuario puede generalmente emplazar encima de la zona de separación. El mejor lugar en tales condiciones parece yacer entre 0,25 y 2,5 veces la altura del precipicio a barlovento. Para superficies muy rugosas a sotavento, el mejor lugar sería alrededor de 0,25 veces la altura del mismo a barlovento del borde. Teniendo en cuenta superficies progresivamente más tersas a sotavento, el mejor lugar sería a barlovento del precipicio. Dado que la conveniencia del lugar depende de una compleja combinación de influencias locales, la mejor estrategia es realizar mediciones de viento durante varias situaciones de velocidad para determinar la conveniencia del sitio. Cuando se escoge un lugar en un precipicio se deberían tener en cuenta los siguientes puntos principales: 1. Los mejores precipicios (o partes de un precipicio individual) están muy expuestos al viento (por ejemplo: no están protegidos por árboles altos); 2. Los mejores precipicios (o partes de un precipicio individual) están orientados en forma perpendicular a los vientos más fuertes; 3. Se debería tener prudencia cuando se emplaza en precipicios mayores de 30 m de alto, ya que la zona turbulenta puede ser muy grande; CAPÍTULO 5: SISTEMAS DE MONITOREO DEL SITIO 79

21 4. Los lugares muy cerca de la base de un precipicio debería evitarse siempre; 5. Si la cara de un precipicio es curva, es mejor una parte cóncava que una convexa; 6. Dado que la turbulencia inducida por precipicio puede ser extremadamente peligrosa para un SCEE, se debería elegir la forma y la ladera del precipicio (o parte del precipicio) que cause la menor turbulencia, 7. La deformación de árboles y vegetación puede revelar los patrones generales de viento cerca de precipicios; 8. Los mejores lugares normalmente serán entre 0,25 y 2,5 veces la altura del precipicio a barlovento, siempre que el área de intensa turbulencia también se pueda evitar durante todas las condiciones de vientos. D. DEPRESIONES L as depresiones incluyen rasgos de terreno tales como valles, cuencas, barrancos y pasos. Dado que las depresiones están al menos parcialmente rodeadas por terreno más alto, la exposición al viento más fuerte es un factor principal para determinar la conveniencia del lugar del SCEE. Si, por ejemplo, un valle está protegido del viento más fuerte por montañas, probablemente será una mala ubicación para el SCEE. Un segundo aspecto a tener en cuenta es la existencia de cualquier tipo de circulaciones locales de viento, tales como la brisa marina o flujos de montaña valle. Si las depresiones pueden canalizar de manera efectiva el viento más fuerte, o cualquier flujo de viento local, ellas pueden brindar buenos lugares para SCEE. Sin embargo, es más factible que la potencia varíe según la hora del día o según la estación. Por consecuencia, la conveniencia del uso del SCEE en depresiones puede depender de cómo se adapta el viento disponible a las necesidades energéticas. E. VALLES Y QUEBRADAS E l patrón del flujo de aire en un valle o quebrada determinada depende de factores tales como la orientación del valle con respecto al viento fuerte; la ladera, altura, largo y ancho de las sierras adyacentes, las irregularidades en el ancho; y la rugosidad de superficie del valle. CAPÍTULO 5: SISTEMAS DE MONITOREO DEL SITIO 80

22 Valles y quebradas que no se inclinan de manera descendente desde las montañas no son generalmente buenos lugares. Tal vez el único beneficio de emplazar en valles que no se inclinan horizontales es el posible efecto de entubamiento cuando el viento más fuerte en gran escala sopla de manera paralela al mismo. El entubamiento se produce solamente si se comprime el valle o quebrada en algún punto. A menos que ello ocurra, las sierras circundantes brindarán mejores lugares para SCEE que el suelo del valle. Tres tipos de patrones de flujo ocurren en sistemas valle - montañas. El primero, que lo conoce como vientos en ladera de valle montaña, ocurre cuando el viento en gran escala sobre el área es débil, y predomina el ciclo de calefacción y refrigeración diurna. Esto sucede muy a menudo durante los meses cálidos. En la FIGURA 5.11 se muestra parte de la secuencia diaria de vientos en laderas de valle (o montañas). Durante la tarde, el viento alcanza su máximo desarrollo. Poco después de la puesta de sol, los vientos del valle amainan. En la mitad de la noche, las montañas se encuentran más frías que las tierras bajas y el viento de la montaña alcanza su máximo desarrollo. Frecuentemente continúan hasta poco después de la salida del sol. Los vientos de valle son más variables y a menudo más débiles que los de montaña. Estos son más fuertes cerca del centro del valle, y normalmente a lo largo de la ladera que más directamente mira al sol. La FIGURA 5.11 muestra lugares para SCEE elegidos para sacar ventajas de los vientos de montaña y valle. FIGURA 5.11 CAPÍTULO 5: SISTEMAS DE MONITOREO DEL SITIO 81

23 5.3 INSPECCION AL CAMPO Y ALINEACIÓN DEL SITIO D NOCIONES GENERALES DE ENERGÍA EÓLICA eben realizarse visitas a todos las áreas potencialmente convenientes con la meta principal de verificar las condiciones del sitio. Los ítems de importancia a observar incluyen: a) Area de tierra disponible; b) Uso de la tierra; c) Existencia de obstáculos d) Arboles deformados por vientos fuertes persistentes ("abanderamiento eólico"); e) Accesibilidad en el sitio; f) Impacto potencial en la estética local; g) La fiabilidad del servicio telefónico celular para la transferencia de los datos; y h) Posible ubicación de monitoreo del viento. Un mapa topográfico del área debe usarse para notar la presencia o ausencia de las características del sitio anteriormente mencionadas. Un video o el registro en una cámara es útil para futuras referencias y propósitos de la presentación. Deben determinarse las condiciones de la tierra del sitio para que pueda elegirse el tipo de anclaje apropiado si serán instaladas torres de tipo meteorológicas. Análisis de mapas topográficos es un medio eficaz para modernizar el proceso del siting. Mapas en una escala de 1: y 1: disponibles en el Instituto Geográfico Militar (I.G.M.) de la República Argentina es la mejor fuente de información para identificar rasgos del terreno convenientes. La carta topográfica debe intentar identificar rasgos que son probablemente los que experimenten una velocidad media del viento mayor que los ambientes generales. Este proceso es especialmente importante para áreas que contienen pocos o ningún dato de velocidad de viento histórico pertinente. Los mapas topográficos también proporcionan al analista una mirada preliminar de otros varios atributos del sitio. Atributos útiles que pueden estimar la rugosidad a partir de los mapas topográficos incluyen: Area de tierra disponible; Posiciones de caminos y moradas; Superficie de la tierra (ej, bosques); Límites políticos; Parques; y Proximidad a las líneas de la transmisión. CAPÍTULO 5: SISTEMAS DE MONITOREO DEL SITIO 82

24 Siguiendo las curvas topográficas, una clasificación jerárquica preliminar puede asignarse a la lista de sitios candidatos basada en una estimación del recurso eólico y el desarrollo potencial global. Una ordenación actualizada de todos los sitios candidatos debería desarrollarse siguiendo las visitas al lugar. Una ordenación puede ser obtenida construyendo una matriz que asigna una puntuación a cada uno de los criterios del sitio evaluado. Por ejemplo, supongamos que el criterio del siting es similar a los rasgos listados anteriormente. El evaluador asigna una cuenta numérica (ejemplo, 1 a 10) a cada criterio para cada sitio que se visitó. Si algún criterio es más importante que otro, sus ordenaciones pueden ser determinadas según su importancia relativa. Las puntuaciones de cada sitio se suman entonces y son ordenadas a través de magnitudes para alcanzar una clasificación jerárquica compuesta. Las visitas del campo también proporcionan una oportunidad de hacer contacto personal con hacendados. Los objetivos del programa pueden ser presentados y las preguntas contestadas en una conversación amistosa. Uno también puede evaluar las preocupaciones de los hacendados y el interés en el programa de monitoreo o las perspectivas de un proyecto de turbinas eólicas. Mientras las turbinas eólicas están volviéndose cada vez más una parte aceptada del paisaje, los problemas de estética y los impactos visuales todavía pueden presentar obstáculos reales a cualquier proyecto. No hay una visión universal o consistente de lo que está o no agradando al ojo, así que los evaluadores deben confiar en su o sus juicios basados en el carácter de existencia de la tierra y la proximidad de áreas de visualización públicas. Está en los mejores intereses del proyecto investigar este tema en profundidad en el momento apropiado en el proceso de la evaluación. Un examen detallado de este problema está más allá del alcance de este manual. Para más información, refiérase a las fuentes listadas en la Bibliografía. 5.4 UBICACIÓN DE TORRES D eben seguirse dos pautas importantes al escoger una ubicación exacta para la torre de monitoreo: Ponga la torre tan lejos como sea posible de las obstrucciones locales al viento; y Seleccione una ubicación que sea representativa de la mayoría del sitio. CAPÍTULO 5: SISTEMAS DE MONITOREO DEL SITIO 83

25 Ubicar una torre cerca de obstrucciones como árboles o edificios puede afectar adversamente el análisis de las características de viento del sitio. La FIGURA 5.4 ilustra los efectos de un flujo de aire tranquilo que encuentra una obstrucción. La presencia de estos rasgos puede alterar la magnitud percibida del recurso eólico global del sitio, exponente de rugosidad del terreno, y niveles de la turbulencia. Como una regla primordial, si los sensores deben estar cercanos a una obstrucción, ellos deben localizarse a una distancia horizontal de 10 veces la altura de la obstrucción en la dirección de prevalecencia del viento. 5.5 ALQUILER DEL TERRENO Y PERMISO Siempre deben hacerse preguntas para determinar si se exigen permisos antes de la instalación de una torre. Inclinar y subir las torres normalmente está incluido en la categoría de estructuras temporales, así que los permisos o requisitos son generalmente mínimos. Las jurisdicciones normalmente requerirán un permiso del edificio que debe desplegarse en el sitio durante el periodo de la instalación. Deben negociarse acuerdos formales del arriendo entre el utilitario y el hacendado para la protección de las partes involucradas. Los volúmenes del acuerdo del arriendo deben incluir: Ubicación de la torre; Area total requerida para el monitoreo; Duración del período de monitoreo; Obligación; Seguro; Propiedad de los datos y equipo; Acceso a los permisos; y Calendario del pago. CAPÍTULO 5: SISTEMAS DE MONITOREO DEL SITIO 84

26 ANEXO CAPÍTULO 5: SISTEMAS DE MONITOREO DEL SITIO 85