L.5 Evaluación y mitigación de fuentes de ruido antropogénico.

Se espera que los resultados del proyecto permitan comprender de mejor manera el fenómeno físico involucrado en la emisión de ruido por los aerogeneradores.
Se espera que el sistema autónomo de medición de ruido UAV permita evaluar enormes extensiones de terreno y fuentes de gran dimensión y deberá ser de real impacto para la industria y para la evaluación de ruido ambiental en general.

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INVESTIGADORES:

Jorge Arenas

Enrique Suárez
Enrique Suárez

 

 

 

 

  • En los últimos años, la necesidad de implementar sistemas de generación de energías renovables ha producido un gran incremento en el número de proyectos de construcción de parques eólicos ingresados al sistema de evaluación de impacto ambiental en Chile. El primer parque eólico construido en Chile en 2001 está localizado en Alto Baguales, a 4 km al norte de Coyhaique en la región de Aysén y consta de tres generadores de 660 kW cada uno. Muchos de estos proyectos contemplan generar bonos de carbono transables conforme al Mecanismo de Desarrollo Limpio (MDL) de la Convención de Cambio Climático.

    Aun cuando existe una preferencia por los proyectos de energías renovables, la aprobación de la construcción de parques eólicos no ha estado exenta de conflictos con las comunidades, debido a los impactos ambientales que eventualmente estos producen. Dentro de los impactos medioambientales antropogénicos que se deben considerar en cada uno de estos proyectos está el ruido. Varios estudios se han enfocado en la molestia producida sobre el ser humano y los riesgos para la salud que puede causar el ruido ambiental de baja frecuencia producido por los parques eólicos. Se ha descrito que el ruido es particularmente molesto en la noche, en las cuales el aire cercano al suelo está quieto, el aire a la altura del punto de apoyo y giro del eje de la turbina está en movimiento, y cuando el ruido de fondo es muy bajo.

    En las primeras generaciones de turbinas, una parte importante del ruido estaba asociado a los componentes mecánicos de éstas. Con el tiempo y el desarrollo de nuevas tecnologías de control, esta fuente de ruido se redujo notablemente, y en la actualidad la mayor parte del ruido está asociada a la interacción aerodinámica entre las aspas del rotor y el aire circundante. Por otro lado, los modelos de predicción del ruido producido por parques eólicos no están muy desarrollados y poca información se ha publicado al respecto. En general, los modelos de predicción se basan en considerar cada turbina como una fuente puntual de ruido y al parque eólico como una superposición de dichas fuentes. Este modelo resulta muy simplista, dada la complejidad del fenómeno aeroacústico involucrado. Se sabe que las turbinas interactúan entre sí, reduciendo la eficiencia de algunos parques en particular y generando problemas de emisión de ruido aún más confusos.

    Sin embargo, uno de los problemas más difíciles de resolver es el proceso de medición de este ruido. La complicación radica en el tamaño de la fuente, en que un parque puede abarcar varios kilómetros, y compuesto por varias torres de más de 100 m de altura y un diámetro de aspas que puede superar ese valor, además del rango de frecuencias que genera cada turbina. Se sabe que el ruido de las turbinas modernas está asociado a varias variables intrínsecas de la turbina (ángulo de rotación, velocidad, etc.) y a parámetros ambientales (temperatura, viento, humedad, etc.). Por otro lado, el uso de modelos a escala no resulta viable, pues se presenta el problema del número de Reynolds, que implica trabajar con velocidades muy altas de flujo en el modelo a escala. Una propuesta que se considera viable, es el uso de vehículos aéreos autónomos, conocidos como UAV, Drones o Quads, que permitirían transportar el equipamiento de medida a lugares inaccesibles para las técnicas tradicionales. La reciente legislación norteamericana y de otros países sobre el vuelo de vehículos autónomos en el espacio aéreo, impide alcanzar alturas superiores a los 100 m. Dado que el tamaño de las turbinas eólicas modernas supera largamente ese valor, la posibilidad de realizar las mediciones en parques chilenos aparece como una ventaja comparativa. El proyecto propone construir un sistema autónomo que incorpore instrumentos para medir las variables asociadas a los niveles de ruido y que permita caracterizar adecuadamente el ruido generado por un parque eólico. Este sistema no se ha desarrollado anteriormente y sería muy útil para la industria. La información recolectada permitirá elaborar modelos de predicción más precisos para ser utilizados en los estudios de impacto ambiental de estas fuentes, el desarrollo de mapas de ruido y su consiguiente empleo como herramienta de planificación territorial.

  • Objetivo General
    Desarrollar sistemas innovadores para realizar los procesos de evaluación de las fuentes de ruido que puedan producir riesgos a la salud y bienestar de las personas y proponer medidas de ingeniería para mitigar sus efectos.

    Objetivos Específicos
    – Desarrollar nuevas metodologías para la evaluación de fuentes de ruido ambiental.

    – Desarrollar modelos precisos y simplificados para la predicción del impacto ambiental de las fuentes de ruido antropogénico.

    – Incorporar los resultados de estos modelos a sistemas generales de evaluación del impacto ambiental del ruido.

    – Elaborar soluciones prácticas para mitigar los efectos del ruido ambiental.

  • El programa de investigación se planifica a tres años, en los cuales el primero se destinará a recopilar la información disponible sobre el ruido producido por aerogeneradores y parques eólicos. En particular, se revisarán los estudios de impacto ambiental sobre ruido de los proyectos de parques ingresados al sistema de evaluación de impacto ambiental en Chile, y se realizará un estudio comparado con la legislación y estándares internacionales al respecto. En este primer año, se planifica escribir un proyecto para conseguir fuentes de financiación para la investigación, tanto para gastos de operación como de equipamiento. También, se realizarán los contactos con dos parques eólicos en funcionamiento en la actualidad para realizar las pruebas de prototipos y medidas en terreno para el logro de los objetivos específicos. A través del convenio con ICTAS de Virginia Tech, se contactará a fabricantes de aerogeneradores para incorporarlos como parte interesada al proyecto. Dentro de las fuentes de financiación, se buscará todas las alternativas posibles (CONICYT, NSF, empresas, NREL, etc.).

    El segundo año corresponderá a la implementación práctica de los UAVs. Se planifica incorporar un sistema de posicionamiento geográfico que permita controlar y posicionar el sistema en coordenadas específicas, para realizar las medidas en cada aerogenerador. Se planifica la obtención de datos a una distancia de 1/2 a 1 diámetro de las aspas, aguas abajo de la turbina, y a alturas máximas entre 150 y 200 m. En principio, para reducir los costos operacionales de las medidas en terreno, se realizarán ensayos del funcionamiento del prototipo en un parque eólico cercano a Valdivia.

    Ya que el ruido propio del UAV interferirá con el ruido del aerogenerador a medir, se implementará un sistema de adquisición de datos digitales para filtrar el ruido mediante procesado digital. Se incluirá un micrófono de medición al UVA, con una pantalla antiviento usual. Se intentará en principio desarrollar un sistema de filtrado en tiempo real usando correlación de señales, aunque, si esta opción no es viable, no se descarta un sistema de postproceso. Se estima un trabajo extenso de prueba y error, para lograr el mejor rendimiento del sistema autónomo. En esta etapa se incorporará además otros sensores al UVA, lo cual estará limitado por las restricciones de peso y espacio del sistema.

    El tercer año, corresponderá a las medidas en un parque eólico moderno. Se deberá sincronizar los datos de las mediciones con los datos disponibles de la central de operación del Parque, para poder correlacionar apropiadamente las variables. Se realizarán medidas al exterior del parque, mediante sonómetros tradicionales, en puntos estimados como sensibles. Una vez concluido el proceso experimental y su correspondiente análisis, la información será utilizada para proponer un modelo de predicción, que pueda ser empleado en los estudios de impacto ambiental. A partir de este modelo, se podrá realizar simulaciones de escenarios probables de molestias por el ruido en las comunidades.

  • Se espera que los resultados del proyecto permitan comprender de mejor manera el fenómeno físico involucrado en la emisión de ruido por los aerogeneradores.

    Se espera que el sistema autónomo de medición de ruido UAV permita evaluar enormes extensiones de terreno y fuentes de gran dimensión y deberá ser de real impacto para la industria y para la evaluación de ruido ambiental en general.

    El modelo elaborado para la predicción de ruido generado por parques eólicos impactará directamente a la realización de los estudios de impacto ambiental y a la elaboración de mapas de ruido usados como herramientas de planificación territorial.

    Finalmente, el proyecto producirá una relación integradora entre el grupo de investigación, los fabricantes de aerogeneradores y los operadores de parques eólicos, que serán directamente beneficiados con los resultados de este proyecto.