Medición del Viento para Energía Eólica: Sensores, Torres y Metodología

Sensores y Transductores

Un sensor es un dispositivo capaz de captar una pequeña fracción de la energía de un sistema para modificar o alterar alguna de las propiedades de dicho elemento sensor.

Un transductor es un dispositivo que convierte o transforma energía de un tipo en otro; en particular, en la mayoría de los casos, a energía eléctrica.

Un instrumento de medida suele estar compuesto por un sensor que capta la información del sistema que deseamos medir, un transductor que la transforma en una señal eléctrica, y un acondicionador de señal que adapta la señal eléctrica dada por el transductor para que pueda ser recibida por otro equipo, ya sea el indicador que nos proporciona la información de la medida realizada o bien el ordenador o autómata que la procese. En muchos casos, se habla de transmisores para referirse a los acondicionadores de señal.

Mástil Meteorológico

Los postes o mástiles se suministran en kits de fácil ensamblaje.

La principal ventaja de la torre de celosía es que se puede trepar por ella para mantenimiento. Además, su ensamblaje es sencillo y son resistentes.

Es posible que, una vez al mes, sea necesario acceder al registrador para recoger el chip de memoria y reemplazarlo por otro virgen que recoja los datos del mes siguiente.

En terreno llano sin obstáculos, una torre con anemómetros a 10 y 30 metros es suficiente. Para un terreno más complicado, el anemómetro de 10 m se verá afectado por la rugosidad del terreno y los obstáculos cercanos, por lo que se necesitaría realizar medidas a mayores alturas, como 20 y 40 m, o incluso 30 y 50 m.

Instalación de la Torre

Las reglas fundamentales para levantar la torre de medición son:

• Todos los sensores meteorológicos deben estar fijados de forma perfectamente vertical.
• Las pletinas que sujetan los sensores no deben vibrar.
• El anemómetro superior debe ser colocado en la parte central superior de la torre y no debe estar afectado por ningún obstáculo cercano ni por la propia estructura de la torre.
• El mejor sitio para llevar los cables de los sensores al registrador es por el interior de la estructura de la torre.

El Registrador de Datos (Data Logger)

Los datos de las velocidades y direcciones del viento, obtenidos por el anemómetro y la veleta, son recogidos en un chip electrónico o tarjeta de memoria dentro de una pequeña computadora: el registrador de datos (data logger). Este equipo puede funcionar con batería durante un largo período de tiempo.

Condiciones Árticas o de Congelación

Si hay frecuentes lluvias heladas en la zona o formación de escarcha (cencellada) en las montañas, puede necesitarse un anemómetro calentado. Este tipo de sensor requiere una conexión a la red eléctrica para hacer funcionar el sistema de calefacción. Si bien en un aerogenerador esto no suele ser un problema, en una torre meteorológica aislada esta solución es a menudo irrealizable. En tales casos, se deben identificar, corregir o eliminar los datos erróneos afectados por la congelación durante el post-procesado.

Promedios de 10 Minutos

Las velocidades del viento se miden y registran habitualmente como promedios de 10 minutos para que sean compatibles con la mayoría de programas estándar de evaluación del recurso eólico y normativas internacionales. Los resultados en las velocidades medias del viento son diferentes si se utilizan distintos períodos de tiempo para calcular dichos promedios.

Distribución de Direcciones del Viento

La representación más habitual para la distribución de las direcciones del viento es la rosa de los vientos.

Efecto de Estela en un Aerogenerador

Dado que un aerogenerador extrae energía cinética del viento, el flujo de aire que abandona la turbina tiene un contenido energético menor y una mayor turbulencia que el viento incidente. Por lo tanto, un aerogenerador siempre crea una "sombra" o zona de menores velocidades y mayor turbulencia (conocida como estela) en la dirección de sotavento.

Distribución en Planta del Parque Eólico

Para minimizar las pérdidas por efecto de estela mutua entre turbinas, la separación entre aerogeneradores en un parque eólico suele ser de 5 a 9 diámetros de rotor en la dirección de los vientos dominantes, y de 3 a 5 diámetros de rotor en la dirección perpendicular a los vientos dominantes. Aun así, la pérdida de energía típica debida al efecto estela en un parque eólico se sitúa alrededor del 5 por ciento de la producción total.

Frecuencia y Duración de las Medidas

Para una evaluación precisa del potencial eólico, es recomendable tomar muestras de los valores de viento (velocidad y dirección) con una alta frecuencia, típicamente de 1 Hz (una muestra cada segundo), aunque a menudo se registran promedios cada 5 o 10 segundos.

La duración de la campaña de medidas también depende directamente del propósito de las mismas. Si el objetivo es instalar aerogeneradores en un determinado emplazamiento, las directrices generales a seguir serán:

• Medir durante un período de tiempo lo más largo que sea práctica y económicamente posible (mínimo un año completo).
• Intentar cubrir todas las estaciones del año, dado que los patrones de la velocidad y dirección del viento suelen tener un componente estacional.
• Comparar las medidas obtenidas con las de estaciones meteorológicas cercanas (si existen) donde estén disponibles datos correspondientes a largos períodos de tiempo (correlación a largo plazo).
• Comparar las medidas con las tendencias regionales a largo plazo, ya que existen evidencias de que ocurren variaciones climatológicas significativas en la velocidad del viento a lo largo de los años.