Metodología para determinar la
viabilidad de generación de energía
eléctrica pormedio del recurso eólico
Methodology to determine the
feasibility of generating electric
power through the wind resource
Diego Henao león , Andrés Camilo Báez Alarcón ,
Jesús Bethsaid Pedroza Rojas
Universidad Francisco de Paula Santander, Colombia
ingdiegohl@gmail.com
5 julio de 2017
15 noviembre de 2017
10.17081/invinno.6.2.3108
camilo9306@hotmail.com
jesusbethsaidpr@ufps.edu.co
Resumen
Abstract
Objetivo: Describir una metodología para determinar la viabilidad de produc-
ción de energía eléctrica mediante el aprovechamiento de la energía eólica,
teniendo en cuenta los datos del recurso eólico y el uso de un aerogenerador
comercial de baja potencia para realizar la conversión de energía.
Metodología: Se evaluaron los datos suministrados por la estación meteoroló-
gica del aeropuerto Camilo Daza de la ciudad de Cúcuta, en un periodo de 5
años, comprendido entre los años 2010-2014.
Resultados: Con base en los datos suministrados por la estación, se seleccionó el
aerogenerador comercial WINDSPOT 7,5 kW para establecer la producción de
energía.
Conclusión: El análisis de los datos proporcionados determinó que no es viable la
implementación de una estación eólica en dicha zona, dado que las velocidades
del viento no están en el rango recomendado, el cual debe ser superior a 5 m/s.
Palabras claves: Metodología, viabilidad, energía eólica, energía eléctrica
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Copyright: Henao et al
Aceptado:
DOI
Objective: To describe the methodology for determining the feasibility of produ-
cing electricity through the use of wind energy, taking into account the data of
the wind resource and the use of a low-power commercial wind turbine to carry
out the energy conversion.
Methodology: F or this study the data supplied by the meteorological station of the
Camilo Daza airport in the city of Cúcuta was evaluated over a period of 5 years, in-
cluding from the year 2010 - 2014. Results: the WINDSPOT 7.5 commercial wind turbine
was selected kW to establish the production of energy based on the data supplied
by the station.
Conclusion: With the analysis of the data provided, it was determined that the imple-
mentation of a wind station in the aforesaid area is not feasible given the fact that wind
speeds are not within the recommended range, which must be higher than 5 m / s.
Keywords: Methodology, viability, wind energy, electric power.
Como citar este articulo (IEEE): D. Henao - león, A. Camilo Báez - Alarcón, y J. Bethsaid Pedroza - Rojas, “Metodolo-
gía para determinar la viabilidad de generación de energía eléctrica por medio del recurso eólico”, Revista Investiga-
ción e Innovación en Ingenierias, vol. 6, n°. 2, 2018. DOI:10.17081/invinno.6.2.3108
Revista Investigación e Innovación en Ingenierias, vol. 6, n°. 2, pp.6-15, Julio-Diciembre, 2018. DOI:10.17081/invinno.6.2.3108
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Introducción
El uso de las energías renovables para la generación de energía eléctrica ha
tenido gran aceptación en el mundo, debido a que ellas permiten una dismi-
nución en el uso de combustibles fósiles para la generación de electricidad,
lo que representa una disminución en las emisiones de gases contaminantes
al medio ambiente producto de su combustión. Además, por ser energías
obtenidas de la naturaleza pueden ser implementadas en cualquier lugar
donde su aplicación sea favorable. En los lugares que, por su condición geo-
gráca o económica, no se cuenta con este recurso, ello crea la posibilidad
de acceder al servicio de energía eléctrica.
La energía eólica es la segunda fuente de energía renovable más usada en
el mundo, solo superada por la hidroeléctrica [1]; pero es la más usada en
la generación de energía eléctrica a baja escala para satisfacer las necesi-
dades de comunidades que no cuentan con el suministro eléctrico. En este
sentido, es importante conocer la forma de generar energía eléctrica a partir
del aprovechamiento del viento que circula por una determinada zona.
Método
Recolección de datos del viento
Para lograr una estimación conable del comportamiento del recurso eólico
en un sector, es necesario contar como mínimo con un total de 8760 datos
acerca de la velocidad promedio del viento en dicho lugar. Este valor se
obtiene a partir de mediciones tomadas cada 10 minutos y promediando
dichos valores para cada hora del día durante todo el año [2]. Cabe resaltar
que en la actualidad los anemómetros promedian la velocidad del viento en
cada hora sin tener en cuenta la cantidad de mediciones obtenidas en la
misma, y que esto no genera ningún inconveniente.
Luego de contar con la serie de datos se determinan las características pre-
sentadas por el viento durante el año y se establecen los siguientes paráme-
tros:
Velocidad promedio anual
Dirección del viento
Variaciones estacionales
Variaciones diarias
• Ráfagas
Variación histórica
Cada una de estas características aporta información fundamental para
determinar la viabilidad de la generación de electricidad a partir del vien-
to y, si es el caso, la necesidad de implementar otra forma de producción
de energía alternativa o un sistema de almacenamiento de la misma.
Función densidad de probabilidad de Weibull
Luego de lo anterior, si se obtiene un resultado positivo es posible determinar
la producción de energía anual que se puede obtener a partir del compor-
tamiento del viento en el lugar y las características del aerogenerador a im-
plementar; para ello, se calcula la probabilidad en la que se podría presen-
tar una velocidad determinada por medio de la función de probabilidad de
Weibull.
Mediante la mencionada función de probabilidad de Weibull, se plantea la pro-
babilidad de repetición o de aparición de un valor de velocidad para los siguien-
tes años con base en los valores de velocidad obtenidos en el año en análisis.
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Debido a que la altura en que se ubican los anemómetros con los cuales se
realizan las mediciones de la velocidad del viento, no coincide con la altura
a la cual debe situarse la turbina eólica, se hace necesario establecer la rela-
ción que, a su vez, permita relacionar el valor de una velocidad obtenida a
una determinada altura con un su valor a una altura superior [3 - 4]. Esto debe
hacerse porque en general las estaciones meteorológicas encargadas de
recolectar los datos del viento están a una altura de 10 metros, y para dicha
altura los obstáculos circundantes inuyen de gran manera sobre el aire que
circula, lo que representa una disminución en la cantidad de energía que se
puede aprovechar
Para esta situación se utiliza la ecuación logarítmica de perl de velocidad
del viento, mediante la cual, al conocer las alturas correspondientes a la ubi-
cación del anemómetro, la turbina eólica y el valor de la velocidad, se estima
el valor de velocidad del viento a la altura en la que se desea situar el aeroge-
nerador, teniendo en cuenta las características topográcas del lugar.
En la anterior ecuación, el término z0 se denomina longitud de rugosidad y
representa las condiciones del lugar de aplicación.
c c
c
e
Perl de velocidad delviento
Tabla 1.
Longitud de rugosidad del terreno
Longitud de
Rugosidad
Características del Terreno
Supercies de agua
Terrenos abiertos con supercies lisas
Terrenos agrícolas sin cercas
Terrenos agrícolas con casas y
arbustos de hasta 8 m de altura
separados a 1250m
Terrenos agrícolas con casas y arbus-
tos de hasta 8 m de altura separados a
500m
Terrenos agrícolas con casas y arbus-
tos de hasta 8 m de altura separados a
250m
Pueblos pequeños, terrenos agrícolas
con muchos arbustos
Grandes ciudades con altos edicios
Grandes ciudades con grandes
edicaciones y rascacielos
1.6
0.8
0.4
0.2
0.1
0.05
0.03
0.0024
0.002
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Características del aerogenerador
Para establecer la energía a generar, se debe seleccionar el equipo que
realizará la conversión de energía, analizar la curva de potencia del mismo
con el objetivo de conocer las velocidades de operación del dispositivo,
y relacionarlo con la distribución de probabilidad de Weibull. Con base en
esto se realiza la estimación de la energía que se podría generar [5].
Ahora bien, la estimación de la energía a producir se calcula me-
diante el modelo estático de producción de energía, que consis-
te en multiplicar la probabilidad de cada velocidad por la canti-
dad de energía producida por el equipo eólico para la misma [6].
Factor de capacidad
El factor de capacidad relaciona la energía producida por el equipo
eólico durante el periodo de análisis, con la energía que produciría ope-
rando bajo las condiciones nominales.
F.C=
Energia total Producida
Potencia Nomianl * n de horas en evaluación
o
Este factor ayuda a evaluar el uso del aerogenerador seleccionado y
determinar si es el adecuado para generar energía con el recurso eólico
presente en el lugar seleccionado al establecer un valor mínimo de 0.2 [3].
Resultados y discusión
Análisis de datos
Se evaluaron las características del recuso eólico durante cada año
y se realizaron los gracas correspondientes.
Figura 1. Curva de potencia de aerogenerador
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La velocidad promedio anual es el primer indicio sobre la viabilidad del
proyecto.
Figura 3. Dirección del viento años 2010-2014
Figura 4. Variaciones estacionales
Figura 2. Velocidad promedio anual.
La rosa de los vientos proporciona información sobre la incidencia
del viento en el lugar y sobre la disposición del equipo eólico.
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