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El presente trabajo se llevó a cabo un estudio y revisión de las estadísticas de velocidad y dirección del viento en México, para ser específicos en la ciudad de Querétaro, misma que más adelante puede servir como material complementario para establecer estrategias de diseño pasivo(bioclimático) para el manejo del sitio de proyectos de arquitectura y de cómo podemos aprovechar de una mejor manera el entorno para beneficiar tanto al proyecto arquitectónico como al contexto social.
Tipo: Tesinas
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PRESENTACIÓN
- 28 de Septiembre del La energía eólica se ha convertido en la principal fuente de generación de electricidad para cambiar el modelo energético, más limpio y más sostenible. La energía eólica se obtiene al convertir el movimiento de las palas de un aerogenerador en energía eléctrica. Un aerogenerador es un generador eléctrico movido por una turbina accionada por el viento, sus predecesores son los molinos de viento. Para saber su caracterización eólica de las zonas es preciso llevar a cabo técnicas implementadas por la estadística descriptiva. Se analizan las velocidades de viento del Estado de Querétaro que se ubica en tres zonas geográficas nacionales. Estas son: Sierra Madre Oriental, Mesa del Centro y Eje Neovolcánico. Pero en general la mayor parte de la superficie estatal se asienta en terreno irregular que lo conforman: la Sierra Gorda (México), la Sierra Madre Oriental, la Sierra Queretana o de Huimilpan (que tienen una altitud promedio de 2,700 msnm). Cabe destacar que también existen lomeríos o elevaciones independientes a estas sierras que poseen altitudes que van desde los 2,000 a 2,600 metros de altitud oceánica. Entre los límites de estas sierras y cordilleras montañosas se asienta la zona denominada Bajío, ubicada en la parte centro-sur del Estado. Está compuesta por extensos valles y llanuras que están por arriba de los 1,900 msnm. El Estado de Querétaro se encuentra a 1825 metros sobre el nivel del mar. Está dominada por el clima de estepa local. No hay mucha precipitación durante todo el año. Esta ubicación está clasificada como BSh por Köppen y Geiger. La temperatura promedio en o es 18.7 °C. En un año, la precipitación es 574 mm. El tratamiento estadístico ha sido desarrollado con las mediciones proporcionadas por la Universidad Autónoma de Querétaro, generadas en el año 2019, con una veleta sonica a 10m de altura. RESUMEN
OBJETIVOS El objetivo del presente proyecto es señalar las características generales del contenido relacionado con las propiedades del viento, analizando la influencia de la topografía, cómo afectan a las estructuras, utilizando para ello toda la información bibliográfica existente sobre el tema. Así como también analizar los datos del viento en cuanto a su velocidad y desviación en el Estado de Querétaro, brindados por la Universidad Autónoma de Querétaro, que se generaron diariamente en un año, durante el periodo comprendido entre enero-diciembre del año 2019.
Hacia principios del siglo XX,el uso del petróleo provocó la drástica disminución del uso del viento como energía y es solo hasta la década de los ochenta cuando se comenzó a enfocar en el desarrollo tecnológico además de prototipos experimentales de equipos eólicos para generación eléctrica. Se debe anotar que el primer equipo eólico utilizado para generación eléctrica fue desarrollado por el Profesor LaCour en Dinamarca, hacia finales del siglo XIX. CARACTERÍSTICAS Dirección: se define como la orientación vectorial en la que “sopla” el viento hacia el horizonte. Distribución de la velocidad: se describe como la energía que produce el viento, pues está siempre en movimiento. Mientras más cerca del suelo, la velocidad es más baja aumentando significativamente con la altura. Intensidad del viento: para determinar esta característica, se usa la llamada Escala de Beaufort, que es una medida empírica basada principalmente por el estado del mar, de sus olas y la fuerza del viento. Densidad del aire: es la relación entre la masa y el volumen del aire a la presión y temperatura atmosférica, siendo un factor clave para poder estimar el potencial eólico o energético del viento. Temperatura: las variaciones de las temperaturas son más significativas que las variaciones de la densidad del aire o las de humedad relativa. Esas variaciones nos ayudan a describir y entender mejor las fluctuaciones locales de la velocidad del viento. Potencial eólico: es la capacidad del viento de transformar o poner en movimiento algo gracias a la energía que produce. TIPOS Vientos planetarios Se generan como consecuencia del movimiento de rotación terrestre que origina un desigual calentamiento de la atmósfera por la insolación y proceden de centros de acción dispuestos en franjas latitudinales de altas y bajas presiones. También se encargan de transportar una cantidad de energía realmente enorme, como lo son los vientos alisios y los monzones. Vientos regionales Se determinan por la distribución de tierras y mares, así como por los relieves continentales. Vientos locales Estos presentan un desplazamiento del aire desde zonas de alta presión a zonas de baja presión, determinando los vientos dominantes y reinantes de un área más o menos amplia. Los siguientes son tipos de vientos locales: Brisas marina y terrestre. Brisa de valle. Brisa de montaña.
Viento catabático o que desciende desde las alturas hasta el fondo de los valles. Vientos que ascienden de las zonas más bajas hacia las más altas o anabáticas. FORMACIÓN DEL VIENTO Se origina como una consecuencia de la diferencia en la presión atmosférica y las diferentes temperaturas que esta produce. Cuando una masa de aire se calienta, se eleva el aire más frío y pasa a ocupar su lugar. Esto provoca el movimiento de aire o viento que circula por la troposfera. EFECTOS Primero, actúa como agente de transporte, en el desplazamiento de las semillas. Es también un poderoso agente erosivo, en especial en las zonas de clima seco o desértico, donde los granos de arena arrastrados por el viento pueden llegar a la transformación y hasta la denudación de las formas del relieve. De esta forma, la arena forma acumulaciones llamadas dunas, que se desplazan en la dirección del viento a medida que los granos van siendo arrastrados desde la cara enfrentada al viento hacia la cara opuesta al mismo. Sin embargo, el viento es un agente destructivo importantísimo, como en el caso de los tornados y huracanes donde las corrientes se mueven a tal velocidad y con tal fuerza que pueden destruir ecosistemas y estructuras enteras. USOS Desde épocas antiguas se ha hecho uso de la energía eólica para la obtención de energía mecánica, como en el caso de los molinos. Pero no fue sino hasta el siglo XIX que comenzó el aprovechamiento comercial para generar electricidad. Desde entonces, la fuerza del viento se aprovecha mediante aerogeneradores que convierten directamente la fuerza del viento en energía eléctrica de una forma más renovable y mucho menos contaminante. MEDICIÓN Para su medición es importante tener la ubicación adecuada de los siguientes instrumentos: Paletas de viento o veleta: señalan la dirección desde la cual el viento sopla. Por lo general son instrumentos compuestos por dos platos juntos en sus aristas directas y dispersas en un ángulo, hechas de acero inoxidable, aluminio o plástico. Anemómetros de hélice con montura fija : otro instrumento que mide la dirección horizontal y/o vertical mediante programas de cómputo. Generalmente está formado por un molinete de tres brazos, se mueve alrededor de un eje vertical. Estos giran con el viento y accionan un contador que indica en base al número de revoluciones. Transductores de dirección de viento: el ejemplo perfecto para este tipo de instrumento es el potenciómetro, cuyo voltaje varía dependiendo de la dirección del viento. La diferencia de presión entre dos zonas, el ascenso del aire caliente o simplemente el paso del viento. Estos tres fenómenos son los mayoritarios en la renovación del aire mediante la
máxima solo se cuenta con la mitad de la ventana, ya que las dos hojas juntas ocupan la otra mitad. Si se pueden abrir las hojas con bisagras se logrará el 100% de apertura y por ello corriente de aire.
Viento: El viento es el flujo del aire a gran escala en la atmósfera terrestre. En la atmósfera, el viento es el movimiento en masa del aire de acuerdo con las diferencias de presión atmosférica. Presión atmosférica: La presión atmosférica es la fuerza que ejerce la columna de aire de la atmósfera sobre la superficie terrestre en un punto determinado. Esta fuerza es inversamente proporcional a la altitud. Cuanto mayor es la altitud, menor es la presión atmosférica, y cuanto menor es la altitud, mayor es la presión atmosférica. Fricción: La fuerza de fricción o la fuerza de rozamiento es la fuerza que existe entre dos superficies ásperas en contacto, que se opone al deslizamiento Se genera debido a las imperfecciones, que en mayor parte son microscópicas, entre las superficies en contacto Anemómetro: Dispositivo que se utiliza para medir la velocidad del viento, está conectado al controlador electrónico con el objetivo de transmitir la orden de poner en marcha un aerogenerador o detenerlo en caso necesario. Veleta: Una veleta es un dispositivo giratorio que consta de una placa que gira libremente, un señalador que indica la dirección del viento y una cruz horizontal que indica los puntos cardinales. El motivo puede ser muy variado (figuras de animales, antropomorfas, entre otros).
La distribución de probabilidad de Weibull, es utilizada con gran frecuencia en la caracterización de regiones con potencial eólico, esto se debe a que al final de la distribución refleja en gran medida el comportamiento del ‘viento en la mayoría de las regiones, se caracteriza por dos parámetros el de forma (k) y el de escala (C) La distribución de Weibull es una distribución versátil que se puede utilizar para modelar una amplia gama de aplicaciones en ingeniería, investigación médica, control de calidad, finanzas y climatología. Por ejemplo, la distribución se utiliza frecuentemente con análisis de fiabilidad para modelar datos de tiempo antes de fallar.
La distribución de Weibull también se utiliza para modelar datos asimétricos del proceso en el análisis de capacidad. La velocidad y dirección del viento ha sido estudiada de manera estadística alrededor de todo el mundo, para mediados del año 2015, ZR Shu , QS Li, PW Chan. presentó un análisis estadístico del viento basado en el método de distribución weibull con información histórica tomada de anemómetros desde Hong Kong. Su estudio propuso un método para derivar un modelo de densidad de energía eólica y sus propiedades estadísticas. La aplicación del método se ha discutido para abordar la dificultad de encontrar las diferentes propiedades estadísticas de la densidad de potencia. En la actualidad, podemos inferir que hoy en día existe una necesidad a nivel mundial de encontrar alternativas para obtener energía renovable para la implementación en la arquitectura de la vida diaria y es preciso estudiar la información real suministrada por estaciones meteorológicas.
Dos de los factores más relevantes en el urbanismo bioclimático son el “sol y el viento”, siendo las temáticas solares las más estudiadas en todas sus escalas, dado que el viento por su complejidad de comportamiento lo vuelve más difícil de medir y estudiar. Aumentando los costos de investigación. Los avances científicos sobre el conocimiento del viento se inician en la última mitad del siglo XX. Los estudios sobre el viento abarcan una gran diversidad de disciplinas. Una de las últimas investigaciones en estudiar el viento urbano está siendo desarrollada por el Departamento de Planificación de la Universidad de Hong Kong llamada Establishment of Air Ventilation Assessment. (AVA), Ellos desarrollan un estudio sobre la dinámica del viento apuntando a mejorar los sistemas de ventilación de la ciudad a través de un manejo de la morfología urbana incorporando aspectos en sus diseños que contribuyan a no obstruir el flujo del viento por la ciudad, dado que su situación es inversa a la de Punta Arenas. Su la alta densidad habitacional ha producido una obstrucción del viento dentro de la ciudad provocando altos índices de contaminación. Esta metodología desarrolla cerca de quince sistemas de medición y verificación del viento urbano, comparando finalmente toda la información levantada.
CONCLUSIONES
REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS