TEMA II MEDICIONES DEL VIENTO

1. Profesor: Dra. Ing. Elybe Hernández
Unidad Curricular: Electiva II Energía Eólica
Sistema de Conversión de Energía: Eólica
Datos de interés:
Teléfono: 04129694532
Correo: elybetrhr@gmail.com

2. Tema 2. Medición y tratamiento de los datos eólicos.
2.1 Velocidad del viento y variaciones de la velocidad del
viento.
2.2 Medición del viento.
Instrumentos de medición de la velocidad del viento.
Instrumentos de medición de la dirección del viento.
Ubicación de los sistemas de medición del viento.
2.3 Formas de presentación de los datos del viento:
velocidad y dirección.
2.4 Potencial Eoloenergético de un determinado lugar de
emplazamiento

3. La Atmósfera
Es la capa gaseosa que envuelve la Tierra. Está constituida por una mezcla de gases,
denominada aire y contiene además partículas sólidas y líquidas (aerosoles) en
suspensión y composición variable.
Los gases que conforman a la atmósfera se pueden dividir en dos
grupos:
Gases permanentes: cuya proporción se mantienen prácticamente constante hasta una
altura de 80- 100 km. Los cuales son: N, O2 , H2 y gases nobles.
Gases en proporciones variable: son el dióxido de carbono, el vapor de agua, y el
ozono.

4. Tarea Investiga La estructura vertical de la Atmósfera
Composición de la Atmósfera Estándar

5. Circulación Atmosférica General
La causa principal de los vientos a escala mundial, es el calentamiento desigual del aire
y la superficie terrestre por las radiaciones solares de onda corta, debido a la forma
esferoidal del planeta.
Incidencia de la radiación solar sobre la Tierra, según la latitud.

6. EL VIENTO
Se considera viento a toda masa de aire en movimiento, que surge como
consecuencia del desigual calentamiento de la superficie terrestre, siendo la fuente
de energía eólica, o mejor dicho, la energía mecánica que en forma de energía
cinética transporta el aire en movimiento.
La Tierra recibe una gran cantidad de energía procedente del Sol que en lugares
favorables puede llegar a ser del orden de 2000 kW/m2 anuales; el 2% de ella se
transforma en energía eólica capaz de proporcionar una potencia del orden de 1017
kW
A) Irradiancia solar sobre una superficie horizontal; B) Irradiancia solar absorbida por la Tierra
C) Irradiancia radiada al espacio exterior
Irradiancia solar

7. Las causas principales del origen del viento son:
1. La radiación solar que es más importante en el Ecuador que en los Polos
2. La rotación de la Tierra que provoca desviaciones hacia la derecha en el Hemisferio
Norte y hacia la izquierda en el Hemisferio Sur
3. Las perturbaciones atmosféricas.
 El movimiento es otra propiedad del aire. Los
movimientos laterales del aire se llaman vientos.
 Los vientos suaves pueden ser agradables.
 Los vientos fuertes pueden causar daños.
 El viento se desplaza desde la zona de alta presión del
aire hacia una zona de baja presión del aire.
 En las zonas de alta presión se mueve de oeste a este;
 En las zonas de baja presión se mueve de este a oeste

8. Circulación general del aire en superficie
El viento se produce por las diferencias de temperaturas que alcanzan diferentes partes De la
Tierra.
Si consideramos el movimiento de rotación de la Tierra, el modelo de circulación global del aire
sobre el planeta se hace mucho más complicado. Las áreas calientes están indicadas en la foto en colores
cálidos, rojo, naranja y amarillo. (Foto tomada de un satélite de la NASA, NOAA-7, en julio de 1984).
En el hemisferio norte, el movimiento del aire en las capas altas tiende a desviarse hacia el ESTE
y en las capas bajas hacia el OESTE, por efecto de las fuerzas de inercia de Coriolis. En el
hemisferio sur ocurre al contrario.
Estas fuerzas de Coriolis aparecen en todas las partículas cuyo movimiento esté asociado a unos
ejes de referencia que a su vez está sometido a un movimiento de rotación.

9. Las regiones alrededor del ecuador, a 0º de latitud, son calentadas por el sol más que
las zonas del resto del globo
El aire caliente es más ligero que el aire frío, por lo que subirá hasta alcanzar una
altura aproximada de 10 km y se extenderá hacia el norte y hacia el sur.Si el globo
terrestre no rotara, el aire simplemente llegaría al Polo Norte y al Polo Sur.

10. El aire frío tiende a descender hacia el Ecuador
El aire que asciende en la zona cálida del
ecuador se dirige hacia el polo a una
velocidad de 2m/s, desviándose hacia el ESTE
a medida que avanza hacia el NORTE.
Al alcanzar la zona subtropical, su
componente es demasiado elevada y
desciende, volviendo al ecuador por la
superficie.
Por encima de este ciclo subtropical se
forma otro de característica semejante
aunque en este caso es el aire cálido que ha
descendido en la zona subtropical es el que
se desplaza por la superficie terrestre hasta
que alcanza la zona subpolar, en donde
vuelve a ascender enlazando con el ciclo
polar.

11. Vientos dominantes que existirían en la Tierra si
ésta no rotara sobre su eje.
Efecto de la rotación de la Tierra sobre los
vientos dominantes.

12. Circulación Atmosférica General
Esquema tridimensional de la circulación general de la atmósfera.

13. El viento puede entonces definirse en función de dos grandes
variables respecto al tiempo:
la velocidad y la dirección.
 El viento cambia de velocidad, tanto como de dirección. La
velocidad del viento se mide con un instrumento llamado
anemómetro.
 El anemómetro tiene unas copas que giran con el viento.
Cuanto más fuerte sea el viento, más rápidamente giran las
copas. El anemómetro mide la velocidad en metros, por
segundo.
 Para investigar
 Busca información e imágenes sobre lo qué son los anemómetro.
 Antes de que se inventara el anemómetro, cómo la gente
determinaba la velocidad del viento.

14. VIENTOS A ESCALA LOCAL
La velocidad determina de forma más directa el rendimiento de un aerogenerador,
la dirección también influye pero no es tan determinante como la velocidad. La
dirección del viento se designa por el punto cardinal desde donde sopla: por
ejemplo, se llamará viento de dirección Oeste o viento del Oeste si proviene de este
punto. Esta dirección nos la da la veleta
Los vientos denominados “Brisas marinas” son los movimientos de masas de
aire que ocurren del mar o lagos hacia la tierra y viceversa, durante el día y la
noche
Realizar u ensayo sobre el fenómeno de las brisas marinas

15. VIENTOS A ESCALA LOCAL
Las brisas también ocurren entre montañas y valles en donde los vientos
fríos de mayor densidad descienden para reemplazar a los vientos mas
calientes en la base de la montaña.
El aire que desciende a través de las laderas de las montañas en forma de
brisas se denomina “viento Catabático” y esta regido principalmente por
la forma de las montañas. En contraposición, el viento que presenta una
componente ascendente se denomina “viento Anabático”.

16. Foehm

17. Los vientos también sufren modificaciones al enfrentar diferentes tipos de terrenos
como construcciones, bosques o zonas despejadas , la velocidad del viento varía
con la altura en función al tipo de obstáculos predominantes en una determinada
zona
Variación de la velocidad del viento en función a la altura para algunos tipos
de obstáculos.

18. Los obstáculos como las colinas generan concentraciones de las
líneas de flujo y por consiguiente un aumento del potencial
eólico, sin embargo las de formas suaves y redondeadas
producen menos turbulencia.
Influencia de obstáculos topográficos sobre la velocidad del viento

19. Las cadenas montañosas en forma de embudo producen
concentraciones de las líneas de flujo y por consiguiente una
aceleración de la velocidad del viento en algunos puntos
Influencia de cadenas montañosas

20. VIENTOS PRÓXIMOS AL EMPLAZAMIENTO
El flujo de viento es afectado también por obstáculos hechos por el hombre como
casas, graneros, tanques elevados de agua, torres, etc. y también por vegetación
muy localizada como por ejemplo un árbol muy cercano a un emplazamiento de una
pequeña turbina de viento.
La forma más sencilla de representar estos obstáculos es con un bloque rectangular
considerar el flujo en dos dimensiones. Este tipo de flujo, como se muestra en dicha
figura produce una turbulencia y el decremento en la potencia ha sido cuantificado
sobre la base de numerosos estudios.

21. La velocidad se expresa en:
 metros por segundo (m/s)
Kilometro por hora (km/h)
Y nudos (kt)
1 nudo (kt)=1852 m/h= 0,5144 m/s
Dirección del Viento

22. Variaciones de la Velocidad del Viento
a)
•Variaciones estacionales
b)
•Variaciones diarias
Las brisas de costa o de montaña
Son provocadas por la variación de la radiación solar sobre los
vientos globales
c)
•Variaciones en periodos muy cortos: ráfagas
Es un aumento brutal y de corta duración de la velocidad del
viento, propio de tormentas.

23. Medición del viento.
Instrumentos de Medición de la Velocidad del Viento.
Anemómetro
Los anemómetros más utilizados son de rotación, están
constituidos por tres o cuatros cazoletas que giran alrededor de
un eje vertical por efecto de la acción del viento
El anemómetro va dotado de un transductor que
convierte la velocidad de giro del sensor (cazoletas) en
una señal mecánica o eléctrica que permite su registro
en banda de papel o bien directamente en soporte
informático.

24. Medición del viento.
Registrador de Datos (EN INGLÉS: DATA LOGGER):
DATA LOGGER

25. Medición del viento.
Estaciones Meteorológicas
Las estaciones meteorológicas tradicionales solo pueden
brindar los datos del viento de los puntos donde se encuentran
ubicadas, y a la altura estándar de 10 metros .

26. Ubicación del Sistema de Medida
Se debe considerar lo siguiente:
En estaciones fijas se sitúa a una altura estándar de 10
msnm.
El mástil se debe emplear un poste de cilíndrico delgado.
Tensado por cables vientos.
Para estaciones móviles se aceptan alturas de 2 a 3
metros.
La colocación de los sensores (anemómetros y veleta)
debe ser un lugar despejado libre de perturbaciones.

27. Forma de presentación de los datos del viento
Los datos eólicos se presentan de la siguiente manera:
a) Datos del viento en forma de tablas o series numéricas
b) Representaciones gráficas.

28. Forma de presentación de los datos del viento
Los datos eólicos se presentan de la siguiente manera:

29. Forma de presentación de los datos del viento

30. Forma de presentación de los datos del viento

31. ANÁLISIS DE LAS CONDICIONES DEL VIENTO
El estudio del viento puede ser enfocado de
diferentes formas, siendo las principales:
· Indicadores biológicos.
· Escala Beaufort.
· Mapas eólicos.
· Perfil de velocidades de viento.
· Representación estadística.

32. INDICADORES BIOLÓGICOS
Los llamados indicadores biológicos son de gran ayuda para determinar los vientos
medios en una determinada región y los lugares donde se acelera localmente el
mismo por algún efecto orográfico. Los vientos dominantes fuertes deforman a los
arbustos, hierbas y árboles
Según Putnam, existen cinco tipos de deformaciones:
a. Un árbol se dice que ha sido cepillado por el viento cuando sus ramas se encuentran
curvadas en el sentido del viento dominante, como el pelo de un animal que haya
sido cepillado. Este estado se encuentra en lugares con vientos predominantes
relativamente débiles y es de poco interés como potencial energético.
b. Un árbol se encuentra en bandera cuando el viento ha hecho que sus ramas se
junten a sotavento del tronco, en el sentido del viento predominante, dejando a
veces desnudo el tronco de la parte a barlovento. Este efecto es fácilmente
observable y ocurre en un rango de vientos importante para aplicaciones eólicas
c. Un árbol se encuentra en arrojado cuando el tronco (y las ramas) se halla
curvado a barlovento. Los vientos en esta región serán más fuertes que en el caso
anterior, tanto como para poder modificar el crecimiento de la planta.

33. d. Los árboles se dicen tronchados por el viento (wind clipped) cuando el mismo es lo
suficientemente severo como para suprimir las ramas principales y mantener las
copas a un nivel anormalmente bajo. Cada brote que se eleve sobre el nivel común
se verá prontamente dañado, por lo que la superficie se observa lisa como un cerco
bien recortado.
e. El caso extremo de intensidad de viento se da en las llamadas alfombras de
árboles. Un árbol sólo crece unos centímetros antes de ser tronchado por el viento.
Las ramas comenzarán a crecer sobre la superficie del terreno, presentando el
aspecto de una alfombra

34. ESCALA BEAUFORT

36. MAPAS EÓLICOS

37. Mecanismos del movimiento del viento
 Fuerzas de presión
 Fuerza de Coriolis provocada por la rotación
de la tierra
 Fuerzas de inercia, debidas al movimiento
circular a gran escala
 Fuerzas de fricción con la superficie
terrestre

38. Características generales del viento
Los movimientos atmosféricos varían
 En el tiempo tanto en segundos como en meses
 En el espacio, desde centímetros hasta miles de kilómetros
Variaciones en el tiempo
 Interanual
 Anual
 Diurna
 Corto tiempo (rafagas y turbulencia)

39. Variación anual
 Variaciones en escala mayor que un año
 Sirven para predecir a largo plazo la producción de un
aerogenerador
 Con mediciones de corto plazo (un año) es suficiente
para predecir las velocidades medias a largo plazo con
una exactitud de un 10 %
0
1
2
3
4
5
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12
Meses
Velocidad
(m/s)

40. POTENCIAL EOLOENERGÉTICO
 La determinación del potencial eoloenergético de un país o región,
obedece a un proceso de adquisición, compilación, procesamiento e
interpretación de información muy complejo en términos cuantitativos y
cualitativos
PASOS A SEGUIR
1. Confección del Mapa Eólico
2. Elaboración del mapa de indicadores indirectos
3. Prospección eólica
4. Determinación del potencial eoloenergético

41. CONFECCIÓN DEL MAPA EÓLICO
 Se confecciona sobre la base de información de larga
data del viento, medida, registrada y almacenada por el
servicio meteorológico profesional, donde se recogen a gran
escala las velocidades y densidades de potencia del viento
en todo el territorio regional o nacional
ELABORACIÓN DEL MAPA DE INDICADORES
INDIRECTOS
 Muestra las evidencias de regímenes interesantes del
viento en territorios seleccionados, basados en un trabajo de
exploración inicial, fundamentado en la inspección visual de
evidencia geológica, ecológica, sí como encuestas a los
pobladores.

42. PROSPECCIÓN EÓLICA
 Su alcance es hasta nivel de estudio de prefactibilidad,
que comprende estudios topográficos y mediciones
anemométricas a diferentes alturas, durante no menos de un
año, orientados a estimar del potencial eoloenergético de
sitios que los estudios anteriores han identificado como
promisorios.
DETERMINACIÓN DEL POTENCIAL
EOLONERGÉTICO
 Consiste en determinar la cantidad de MW que es
posible instalar en el sitio estudiado.

43. DETERMINACIÓN DEL POTENCIAL EOLO ENERGÉTICO DE UNA REGIÓN
L1
L2
viento
dominante
d
nd
md
nd/2
Para el cálculo del potencial eoloenergetico donde se conoce las características
del viento se propone el siguiente procedimiento, el cual consta de ciertas etapas
de cálculos que se han dividido en dos grupos:
Según la geometría del terreno dado y las capacidades o disponibilidades del
mismo
La obtención del numero de aerogeneradores dependientes del potencial
eoloenergetico aprovechable y la potencia unitaria del aerogenerador

44. Datos
Variable Valor Unidad
AT 100.000 ha Área del territorio
Pu 1,65 MW Potencia Unitaria
D 82 m
Diámetro del
aerogenerador
V 5,8 m/seg Velocidad media
CAT
20
VALORES
ENTRE 0,10 Y
0,20 %
Coeficiente de
Aprovechamiento
del territorio
FC calcular %
Factor de
Capacidad
CD seleccionar %
Coeficiente de
disponibilidad
EA 96 %
Eficiencia
Aerodinámica
TA 8760 h/año
Tiempo anual de
trabajo continuo

45. Pasos:
Parámetros a Determinar:
PEEA (Potencial Eoloenergético Aprovechable) =
PEET (Potencial Eoloenergético Técnico) =
PEA (Potencial Eoloenergético Anual) =
Paso 1.- Estimar, a partir del AT y el CAT seleccionado, el AP' (área Bruta del Parque).
Paso 2.- Estimar, a partir AP' (área estimada del Parque), unas proporciones de los
lados que constituyen el área AP', estas proporciones serán empleadas para establecer
los valores L1 y L2, que no son otra cosa mas que las magnitudes finales para los
lados reales del AP. .A estos parámetros de referencia inicial los denominaremos L1'
(Ancho referencial y L2'.(Profundidad referencial).
Es necesario que en este punto establezcamos la proporción que consideramos debe
tener el ancho (L1') con respecto de la profundidad (L2')

46. Realice la conversión del AP' e
indique aquí su resultado en km2 =
En atención que :
Ap= L1' * L2‘
Y
L1' = proporción * L2'
L2' = km ≡ m
L1' = km ≡ m
Es momento de determinar los parámetros m y n que
representan la separación entre filas y columnas del
arreglo de molinos. Estos dependen del parámetro d
(diámetro del rotor).
Valores de 1 a 6

47. Con estos resultados procedemos a determinar una aproximación de la cantidad de
filas (N2') y la cantidad de columnas (N1') a partir de las siguientes ecuaciones:
N1' =
N2' =
Estos resultados son fundamentales para que el diseñador seleccione, según su
criterio, la cantidad de filas y columnas, entendiendo que la cantidad de filas están
representadas por N2 y la cantidad de columnas por N1, y estos deben ser
números enteros. Indique a continuación dichos parámetros:
N1 =
N2 =

48. se debe tener cuidado que los resultados obtenidos de L1 y L2, no
excedan los valores de L1' y L2' respectivamente.
L1 = m L1' = m
L2 = m L2' = m
En casos donde la diferencia entre los parámetros aquí
presentados demuestren que los valores de L1 y/o L2 sean
superiores a L1' y/o L2' respectivamente, el diseñador deberá
realizar ajustes en los parámetros indicados de N1 y/o N2 según sea
el caso.
Al sustituir estos parámetros de diseño, en las siguientes ecuaciones:

49. Paso 3.- Estimar, a partir N1 y N2 el numero de aerogeneradores (N)
posibles a instalar en el parque.
N = aerogeneradores
2
1 N
N
N 

  2
1
2
1
d
n
m
L
L
N





Paso 4.- Determinar a partir de L1 y L2, el área real (AP) del Parque Eólico.
AP = m2
AP ≡ ha
AP ≡ km2
2
1 L
L
AP 


50. Paso 5.- Determinar el numero de aerogeneradores por unidad de área.
  2
1
1
/
d
n
m
A
N P



 = aerogenerador/km2
Paso 6.- Calcular el área de barrido de la totalidad de aerogeneradores
instalados en el parque.
  N
d
AB 

 4
/
2
 = km2
Paso 7.- Calcular el coeficiente de aprovechamiento de la superficie, será el
cociente del área barrida total dividida entre el área ocupada por el parque
eólico
 
1
4
/
/




n
m
A
A
CA P
B
 = m2/ha

51. Paso 8.- Calcular el Potencial Eoloenergético Aprovechable.
  MW
/ 



 CAT
P
A
A
N
PEEA U
T
P
Paso 9.- Calcular el Potencial Eoloenergético Técnico.
MW




 EA
CD
FC
PEEA
PEET
Donde: FC es el factor de capacidad del aerogenerador, y se estima a partir de la
siguiente ecuación: FC = 0,07Vm - 0,2;
CD es el Coeficiente de Disponibilidad del aerogenerador. En
aerogeneradores modernos este coeficiente cumple la siguiente condición:
0,95 ≤ CD ≤ 0,98
En esta etapa, y según criterios del diseñador, o información suministrada por el
fabricante, debe ser indicado el CD para el aerogenerador a ser utilizado en este
parque
EA es la Eficiencia Aerodinámica del parque eólico. Actualmente este
coeficiente cumple la siguiente condición:
0,92 ≤ EA ≤ 0,98
En esta etapa, y según criterios del diseñador, debe ser indicado el EA según las
características de este parque

52. Paso 10.- Procedemos a calcular un estimado de la potencia media
anual de generación que puede llegar a brindar el parque eólico, en
condiciones de buen viento en la región.
TA = 8760 hr/año
donde TA representa el numero de horas anules
PEA = PEET x TA = MW ≡ GW.h/a