Tunja, Boyacá.
Para determinar la energía que se puede obtener con la instalación de un campo eólico en la ciudad de Tunja, departamento de Boyacá. Se realiza una recolección de datos en campo de tres puntos distintos de la ciudad, en los cuales se cuenta con un potencial de energía eólica. El registro se hace durante un periodo de ocho meses, comprendidos de marzo a octubre del año 2012 con estaciones meteorológicas ubicadas en cada una de las zonas de estudio.
Para el desarrollo del proyecto se trabaja con estaciones meteorológicas inalámbricas marca Davis Vantage pro 2 plus, como la mostrada en la Figura 11, equipadas con sensores de radiación solar UV, incluye consola/receptor, conjunto integrado de sensores (ISS), trípode de montaje. El conjunto de sensores está formado por un pluviómetro, sensor de temperatura y humedad, anemómetro, cable de anemómetro de 12 m, lo cual permite ubicarlo a una altura superior a 10 m, necesaria para el registro de los datos en proyectos que pretenden determinar el potencial de energía eólica. Sensor de radiación solar, soporte para montaje de sensores UV, y/o radiación solar, panel solar para el funcionamiento del ISS. Los componentes electrónicos están ubicados en un cajón resistente a la intemperie.
La consola es alimentada con el adaptador de corriente AC, tiene tres baterías de respaldo tipo C de 1,5 V que ayudan a evitar pérdida de información por cortes inesperados del fluido eléctrico. Estas características hacen de la estación seleccionada la decisión correcta para registrar los datos requeridos para desarrollar el estudio numérico del potencial de energía eólica en la ciudad de Tunja.
Figura. 11: Estación Davis Vantage Pro 2.
Fuente: skyview. Recuperado el 20 de Diciembre de 2011 de http://www.vantageproweather.co.uk/
Después de hacer la recolección de los datos es posible obtener los parámetros de Weibull a la altura del anemómetro, para este caso 10 metros, se realiza la tabla de velocidades y se obtiene la probabilidad de encontrar valores dentro de un rango específico. Los parámetros de Weibull necesarios son, el de escala c y el de forma k, con esos es posible determinar la frecuencia con la que se manifiesta una velocidad determinada del viento, la cual está dada por la Ecuación 5. Que es conocida como distribución de la velocidad del viento de Weibull (Silva, Alves, Cavalcanti, & Dantas, 2002).
( ) ( ) ( ) ( ( ) ) (5)
Para encontrar los factores de escala c y de forma k se utilizan los datos de probabilidad y se hace un ajuste lineal, obteniendo las velocidades dentro de un rango determinado a la altura del buje, esto es posible haciendo uso del método de potencial modificado propuesto por Justus y Mikhail (Canarias, 2004), el cual determina la ley de distribución de velocidad del viento a la altura del buje del aerogenerador. Estableciendo los perfiles verticales de vientos instantáneos entre un minuto y una hora (Canarias., 2004).
Como resultado final se busca obtener la energía producida por un parque eólico en un año, para esto, primero se debe calcular la energía alcanzada por un aerogenerador, utilizando la tabla y la curva de potencia característica del aerogenerador, estás son únicas para cada aerogenerador y es entregada directamente por el fabricante. Empleando la curva de potencia y el método de aproximación de Riemman se puede obtener la energía producida por un aerogenerador en el año. Este método de aproximación es usado para resolver integrales definidas, el área bajo la curva se aproxima por rectángulos dividiendo la función en un número finito de intervalos, donde cada espacio forma un rectángulo cuya base es el mismo, las longitudes pueden ser distintas, pero con la condición que no se solapen. La altura de cada rectangulo se obtiene al evaluar la función en el valor superior de cada uno de los intervalos. Inmediatamente se determina el resultado total de energía obtenida en un parque eólico multiplicando
este resultado por el número de aerogeneradores que se van a instalar. Este procedimiento es presentado de manera más sistemática en el diagrama de bloques de la Figura 12.
Figura. 12 Diagrama de bloques para determinar el potencial eólico.
Fuente: Elaboración propia.
Recolección de datos. Tabla de distribución de velocidad Tabla de probabilidad Ajuste Lineal Weibull. Factor de Forma K. Factor de Escala C Probabilidad de Weibull Velocidad a la altura del buje (Justus y
Mikhail) Curva de potencia en el lugar de estudio. Riemman Energía Producida potencial Eólico
Curva de potencia del aerogenerador.
Las mediciones de velocidad del viento se registran con el equipo ubicado en cada uno de los lugares de estudio. Se registraron 5289 datos en cada zona, para trabajar finalmente con un total de 15867, analizándose por separado para cada una de las zonas de estudio.
6.1. Densidad media del aire.
El valor de la densidad media del aire, es importante para establecer la densidad de potencia, teniendo que son directamente proporcionales, donde, la densidad media del aire es inversamente proporcional a la temperatura atmosférica y a la presión atmosférica, estos valores se determinan con la Ecuación 6.
( ) ( ) (6)
Se utiliza el valor de densidad relativa del aire a nivel del mar ⁄ .
Las demas variables corresponden a temperatura promedio en Kelvin T y presión atmosferica del lugar en milibar P.
Considerando que la ciudad de Tunja tiene una presión de 525 mmHg equivalente a 699,94 mbar y una temperatura promedio de 12,7 °C aproximadamente igual a 285,42 K, según datos suministrados por la estación meteorológica del IDEAM ubicada en la UPTC - Tunja. Obteniendo la densidad media del aire ⁄ .