Delimitación Espacial
Delimitación Teórica
Delimitación Temporal
Para (Scire et al., 2000).
CALMET es un modelo meteorológico que incluye un módulo de diagnóstico de
campos de viento, que realiza un análisis objetivo y parametrizado de flujos en
pendiente, efectos cinemáticos del terreno, efectos de bloqueo del terreno,
mediante un procedimiento de minimización por divergencia. El software que se utiliza para la
aplicación del modelo CALMET, requiere una serie de parámetros de entrada para
la modelación, los cuales se agrupan en cuatro módulos que contienen toda la
información necesaria para generar los campos de viento. Estos módulos corresponden
a:
· SURF: Incluye toda la
información de las estaciones meteorológicas de superficie para cada hora, para
este estudio se consideró en este módulo tanto la información de las estaciones
meteorológicas recopiladas como los datos del NNR en superficie.
· UP: Este incluye los datos del
perfil vertical registrado por radio sondeos, deben existir tantos módulos de
este tipo como estaciones con datos de perfiles verticales. En este estudio no
existen estaciones de radio sondeo en la zona, por lo que se utilizaron solo
los datos del NNR en el perfil vertical.
· GEO: Este módulo incluye
los parámetros geofísicos de la zona a modelar, los que corresponden al modelo
digital de elevación y el uso de suelos.
· CALMET.INP: Este
corresponde al módulo de control para cada modelación y es en él donde se
especifican cuantas horas se debe modelar, la ubicación de cada una de las
estaciones, parámetros de formato de los datos de salida, proyección
geográfica, resolución y otros.
Factor de ponderación del terreno
Aunque se espera que
el uso de modelos de predicción pueda mejorar los resultados del modelo de
diagnóstico, en realidad esto tiene sus limitaciones. Los primeros no pueden
producir vientos representativos cerca de la superficie debido a la baja resolución
de los datos del terreno y a las grandes escalas que habitualmente se utilizan
en sus simulaciones. Para estos casos, las mediciones tienen más peso que los
modelos de predicción en la interpolación de los vientos realizada por los
modelos de diagnóstico. El método empleado para la ponderación implica:
1. Calcular la
desviación estándar del promedio de las elevaciones del terreno, σt
2. Definir un factor
Woen función de σt
3. Ponderar las
mediciones mediante Wo, y los campos de vientos del modelo de pronóstico
mediante (1-Wo), en el proceso de interpolación
Temperaturas sobre el agua
Debido al importante efecto
sobre la temperatura del aire de las masas de agua y los fuertes gradientes de temperatura
que pueden existir en los límites costeros, CALMET puede calcular las directamente
a partir de mediciones sobre el agua (datos de boyas). Estas estaciones sobre el
agua no se incluyen en la interpolación terrestre. Pará las capas verticales sobre
el agua el usuario puede elegir entre dos alternativas de gradientes térmicos, variables
en el tiempo o constantes. También se pueden especificar gradientes por separado
para las capas por encima o por debajo de la altura de la capa de mezcla. Finalmente,
estas mediciones se promedian espacialmente, ya sea mediante 1/ro 1/r2.
Velocidad
del viento
El viento es el desplazamiento horizontal de las masas de aire, causado
por las diferencias de presión atmosférica, atribuidas a la variación de
temperatura sobre las diversas partes de la superficie terrestre. Es decir, las
distintas temperaturas existentes en la tierra y en la atmósfera, por la
desigual distribución del calentamiento solar y las diferentes propiedades
térmicas de las superficies terrestres y oceánicas, producen corrientes de
aire. Las masas de aire más calientes tienden a subir y en su lugar se ubican
masas de aire más densas y frías. La velocidad del viento por sus siglas en
inglés (WS) en la atmósfera libre está en relación directa con la diferencia de
presión entre dos puntos separados por una distancia determinada. Este valor se
calcula habitualmente en milibares por grado de meridiano. Cuanto más
aproximadas están las isobaras, más rápido es el viento en el sector
considerado; cerca del suelo, la velocidad se ve reducida de un 30 a un 50% por
las turbulencias que provocan los relieves y asperezas del sustrato terrestre,
así como las desigualdades térmicas (turbulencia térmica). Ello explica que, a
igual gradiente, los vientos sean frenados en mayor medida en los continentes
que en los océanos.
Calibraciones del modelo
Según Méndez (2012), para que un modelo sea considerado confiable, debe
tener la capacidad de predecir el comportamiento del sistema real bajo una
variación de condiciones sobre un periodo extendido de tiempo. Esto se podrá
lograr mediante la calibración secuencial del modelo. Comparando cualitativa y
cuantitativamente la respuesta del modelo con una serie de mediciones de campo
u observaciones. Sin embargo, Hernández & Córdova (2016), consideran que el
proceso de calibraciones del modelo se puede dividir en dos fases: siendo la
primera fase el ajuste o la calibración de los parámetros propios del modelo. Y
la segunda fase los estudios de sensibilidad aplicando diferentes alternativas
al modelo.
Condiciones climáticas
Las condiciones atmosféricas varían continuamente con el tiempo, de esta manera Bavera & Bèguet (2010), consideran a la temperatura ambiente, la humedad atmosférica, la radiación solar, el movimiento del aire, la pluviosidad, la luz, la nubosidad y presión atmosférica; como los elementos que condicionan al clima, siendo la temperatura ambiente la más relevante.
Ley de potencia
Análisis de sensibilidad
Clima
El clima es considerado, en
primera aproximación, como las condiciones atmosféricas predominantes en un
lugar durante un período determinado (Pabón, J., 2001). El clima es el conjunto
de fenómenos meteorológicos que caracterizan las condiciones habituales o más
probables de un punto determinado de la superficie terrestre. Es, por tanto,
una serie de valores estadísticos. Por ejemplo, aunque en un desierto se pueda
producir, eventualmente, una tormenta con precipitación abundante, su clima
sigue siendo desértico, ya que la probabilidad de que esto ocurra es muy baja (Sierra,
2006).
Meteorología
La Meteorología es la ciencia encargada del estudio de la atmósfera, de sus propiedades y de los fenómenos que en ella tienen lugar, los llamados meteoros. El estudio de la atmósfera se basa en el conocimiento de una serie de magnitudes, o variables meteorológicas, como la temperatura, la presión atmosférica o la humedad, las cuales varían tanto en el espacio como en el tiempo.
Variables
|
Objetivo
general |
|||
|
Determinar el potencial eólico mediante simulaciones
espaciales finas del modelo diagnóstico CALMET en el Departamento de la
Guajira |
|||
|
Parametrización
de variables |
|||
|
Objetivos
específicos |
Variables |
Dimensión
de la variable |
Indicadores |
|
Analizar las tendencias y
variaciones temporales de los registros de velocidad y dirección del viento
en las estaciones en superficie en el área dominio. |
Meteorológicas Datos de entrada |
Vectores de viento |
Dirección
del viento
Velocidad
del viento (m/s) |
|
Simular y validar las
estimaciones de los vectores de viento usando el modelo CALMET.
|
Simulación |
Re análisis |
Temperatura
(°C) Precipitaciones
(mm) Dirección
del viento (°) Velocidad
del viento (m/s) |
|
Determinar las
variaciones del potencial eólico mediante las estimaciones de generación de
energía en el departamento de la Guajira.
|
Factores meteorológicos |
Modelo Calmet |
Temperatura
promedio, presión atmosférica, velocidad del viento(m/s) |
Metodología
Tipo
de Investigación
La investigación
central es aplicada debido a que se analizara un fenómeno de estudio, buscando
obtener información contundente del objeto de estudio, en este caso el
potencial eólico en La Guajira. Usando como soporte herramientas estadísticas y
variable meteorológica, con el fin de conocer las zonas que presentan un alto
potencial eólico en el departamento de la Guajira.
Métodos
de Estudio
El método de estudio
es de tipo inductivo, debido que el proceso del análisis de datos parte de la
recolección de información específica de la variable viento en cada una de las
estaciones meteorológicas de La Guajira con el fin de generar nuevos
conocimientos de las zonas con mayor potencial eólico mediante el uso del
modelo CALMET. A partir de las observaciones y análisis de los mismos.
Fuentes
e Instrumentos de Recolección de la Información
Para la presente
investigación se tomará información de fuentes primarias, provenientes de las
bases de datos de las estaciones meteorológicas por la DIMAR con valor
instantáneo de 60 minutos (https://cecoldo.dimar.mil.co/web/est_fijas). También utilizaremos el programa de modelación CALMET para el
análisis y observaciones. Posteriormente como base para el inicio y diseño de
esta investigación, se toma de revistas científicas, tesis, manuales y guías.
Técnicas de recolección de datos
En la investigación es
de suma importancia la recolección de información, dado que de esta depende los
resultados de la misma, por ende, la información debe ser representativa,
precisa y exacta para evitar errores en el análisis y resultados de los datos.
Para la obtención de los datos se consultó la base de datos que proporciona
información de las estaciones meteorológicas de la Guajira, por otro lado, para
el análisis y validación de los datos meteorológicos se utilizara el modelo CALMET,
que nos ayudara a entender y conocer dichas zonas con mayor potencial eólico.
Análisis de datos
Para la obtención de
los campos meteorológicos (viento) se requiere como datos de entrada mediciones
meteorológicas superficiales, de aire superior, topografía y datos geofísicos
del área de estudio. Tomando los datos de las estaciones meteorológicas que
están en funcionamiento en el periodo de estudio de 2017 hasta el año 2022 en
el departamento de La Guajira. Los datos serán analizados utilizando el
programa CALMET para determinar las zonas con mayor potencial eólico durante el
dominio temporal desde 2017 hasta el 2022.
El análisis de los datos esta descrito de manera metodológica inicialmente por una descripción de cada uno de los dominios espaciales que abarcan esta investigación, esto, seguido de la mención de las estaciones utilizadas para extraer los datos en superficie distribuidas en varios municipios de La Guajira.
Dominio de modelación
Encontramos la ubicación de las estaciones
meteorológicas a una resolución espacial menores a 1Km, con valor instantáneo
cada 60 minutos y que corresponden a los siguientes dominios: El dominio 1 (d01)
corresponde a la estación Ballenas (Ba), el dominio 2 (d02) a la estación Puerto
Estrella (PE), el dominio 3 (d03) a la estación Puerto Brisa (PB), el dominio 4
(d04) a la estación Punta Espada (PE2) y finalmente el dominio 5 (d05),
corresponde a la estación Puerto Bolívar. La ubicación de cada una de las estaciones
y su categoría se detalla en la Tabla 1.
Análisis de
meteorología en superficie
Con
respecto a los datos en superficie, en la Tabla 1 se muestra una descripción de
las Estaciones que generan los datos de las variables meteorológicas objeto de
un análisis estadístico descriptivo.
Tabla 1. Descripción de las estaciones meteorológicas utilizadas para el análisis de superficie de las variables meteorológicas.
|
Estación |
Municipio |
Longitud |
Latitud |
Observación
|
|
Ballena (Ba) |
Manaure |
11.700 |
-72.724 |
Temperatura (°C), Campos
de viento (velocidad m/s, dirección °), Precipitación (mm), Humedad Relativa (RH) |
|
Puerto Estrella (PE) |
Uribia |
12.355 |
-71.313 |
Temperatura (°C), Campos
de viento (velocidad m/s, dirección °), Precipitación (mm), Humedad
Relativa (RH) |
|
Puerto Brisa (PB) |
Dibulla |
11.274 |
-73.381 |
Temperatura (°C), Campos
de viento (velocidad m/s, dirección °), Precipitación (mm), Humedad
Relativa (RH) |
|
Punta Espada (PE2) |
Uribia |
12.074 |
-71.121 |
Temperatura (°C), Campos
de viento (velocidad m/s, dirección °), Precipitación (mm), Humedad
Relativa (RH) |
|
Puerto Bolívar (PB2) |
Uribia |
12.256 |
-71.972 |
Temperatura (°C), Campos
de viento (velocidad m/s, dirección °), Precipitación (mm), Humedad
Relativa (RH) |
En la siguiente imagen, se muestra la ubicación de las estaciones meteorológicas utilizadas para la creación de los campos de viento a través de CALMET. La resolución temporal es cada hora durante los 2021-2022.
El Potencial Eólico (W/m2) es una métrica fundamental utilizada para evaluar la viabilidad de la generación de energía eólica en una región geográfica específica. El Potencial Eólico se define según la ecuación 1. El WPD indica la potencia eólica mensual disponible por área del rotor de la turbina por metro cuadrado.
|
|
Donde V es la velocidad
del viento (Diaria, mensual) a una altura de 90 metros, que es la altura del
buje de la turbina; p es la
densidad del aire (1.23 kg/m3). Los valores de velocidad del viento cambian
verticalmente con la altura de forma logarítmica; por lo tanto, determinaremos la
velocidad del viento a la altura del buje de la turbina utilizando el método de
la ley de potencia para la región de estudio. Algunos estudios suponen que la densidad del aire es constante en el
tiempo y el espacio, con un valor de 1.23 kg/m3. Sin embargo, este valor sólo
es válido en condiciones estándar de una temperatura ambiente de 15°C y una
presión de 1013 hPa, que rara vez se cumplen. Así pues, la estimación de la potencial
eólico no suele ajustarse para tener en cuenta los cambios en la densidad del
aire. Para resolver este problema, realizaremos un análisis de sensibilidad
para evaluar el impacto de los cambios en la densidad del aire sobre la potencial
eólico. Es esencial interpretar los resultados obtenidos en zonas montañosas y
terrenos complejos en los que la densidad del aire puede variar
significativamente.
