Medición de velocidad del viento con anemómetro de copa para el diseño de un aerogenerador de baja potencia eléctrica
Quiero compartir con ustedes algunos trabajos de investigación que realizamos para obtener la data eólica para el diseño de las aspas del aerogenerador de manera más técnica.
El estudio de hélices para nuestro prototipo de aerogenerador que se presentó en el post anterior consiste en el detalle de los parámetros teóricos que conlleven a determinar el diseño de turbinas eólicas que puedan ser fabricadas con materiales accesibles, de fácil elaboración y que puedan ser utilizadas bajo condiciones climáticas tropicales de una zona específica del territorio.
Existen numerosos esfuerzos para el aprovechamiento de dicho recurso natural, energía obtenida del viento, aunque es muy aleatorio su velocidad y dirección es una fuente de energía presente en la naturaleza y en principio no tendríamos que pagarle a nadie por la concesión.
Este análisis contiene varios puntos de vista que posibilitan el tratamiento teórico para el diseño de las aspas y que se inicia con la recopilación de una data eólica mínima para determinar “la velocidad del viento” para el funcionamiento de las hélices, seguido de la selección de materiales y evaluación de la forma geométrica y perfiles aerodinámicos de las aspas, cumpliendo las normas internacionales y guiándonos con los modelos aplicados en este tipo de sistema aerogenerador de energía.
Medición de la data eólica de la zona
Se instaló un anemómetro de copas a una altura de 18 metros para obtener los datos de frecuencia de rotación en su circuito integrado.
Estos datos son enviados a un multímetro digital de la marca Agilent, modelo 34411A con “data logger” incorporado para el almacenamiento de la data de frecuencia en función del tiempo.
Los datos guardados se extraen del multímetro con la utilización del programa Agilent Connection Expert y son procesados con el programa Microsoft Excel.
Para la adquisición de la data se empleó el método de mapeo puntual, el cual consiste en tomar valores de velocidad del viento en periodos de tiempo no continuos de un espacio total: el período de la medición de la señal de frecuencia del viento del anemómetro fue de 8 horas continuas, 2 veces al mes, en un espacio de 4 meses y con un procesado de la data para calcular los valores de velocidad.
Luego hicimos una corrección para la data de frecuencia en función del tiempo en vez de colocar en el eje X el número de muestreo.
Y así realizamos las mediciones de frecuencia en función del tiempo durante los 4 meses y calculamos la velocidad del viento equivalente a esa frecuencia de rotación del anemómetro de copa.
El análisis de los datos adquiridos busca encontrar un valor de velocidad del viento óptimo con alta probabilidad de ocurrencia y acorde a un valor de velocidad con un nivel de potencia aceptable para el diseño de hélices de aerogeneradores de pequeña escala.
Con un programa estadístico elaborado en Matlab se determinó la velocidad del viento promedio en este lapso de tiempo:
Los resultados indican que para un valor promedio de velocidad del viento de 5,7046 m/s corresponde una probabilidad absoluta del 13 %.
Con respecto al valor de la moda del conjunto es de 2573 relativo a una velocidad del viento de 4m/s según la siguiente figura:
Para tener un valor de velocidad del viento que sea estadísticamente aceptable para diseñar e instalar un parque eólico, que es un proyecto de gran envergadura, se requiere una data de 3 a 5 años de mediciones continuas para el perfil aerodinámico de las hélices y del generador eléctrico. En nuestro caso, estamos dando los primeros pasos para adquirir la experiencia necesaria para proponer un proyecto de generación eléctrica mediante el aprovechamiento de la energía eólica.
En el próximo post les daré detalles sobre el diseño de las aspas y su perfil aerodinámico según la velocidad del viento que hemos determinado por este método.
Lectura recomendada:
Genz, A., and F. Bretz. "Comparison of Methods for the Computation of Multivariate t Probabilities." Journal of Computational and Graphical Statistics. Vol. 11, No. 4, 2002, pp. 950–971
Bastianon R.A., “Teoría de la Hélice para Turbinas Eólicas”, Servicio Naval de Investigación y Desarrollo, Armada Argentina, Junio 1980.
Serway, Raymond A.; Jewett, John W. (2004). Physics for Scientists and Engineers (6th ed.). Brooks/Cole. ISBN 0-534-40842-7