Estudio CFD del impacto de la implantación de una central solar — que requiere una tala parcial — sobre la erosión del suelo: análisis de los vientos, zonas sensibles y soluciones pasivas.
Lo esencial. A petición de SOLVEO energie, EOLIOS evaluó mediante simulación CFD el riesgo de erosión eólica ligado a la implantación de una central fotovoltaica (Bourriot-Bergonce) que requiere una tala parcial. Un análisis multiescala, del territorio hasta el pie de los paneles, cartografía las velocidades de viento a 10 cm del suelo, antes y después de las obras. Resultado: la tala crea sobrevelocidades localizadas, pero las mesas fotovoltaicas cumplen un papel de barrera pasiva que ralentiza el flujo; el riesgo de erosión generalizada permanece controlado, con cortavientos específicos que aseguran las zonas sensibles.
EOLIOS Ingeniería fue requerida para evaluar los riesgos de erosión eólica en el proyecto de central solar de Bourriot-Bergonce. Dado que la implantación de la central requiere una tala parcial, era crucial determinar si la modificación del terreno y la adición de paneles fotovoltaicos podían fragilizar el suelo frente al viento.
Gracias a un análisis meteorológico exhaustivo combinado con simulaciones numéricas CFD (Mecánica de Fluidos Numérica), nuestros ingenieros pudieron modelizar los flujos de aire sobre todo el emplazamiento. Este enfoque permitió:
Cartografiar las zonas de riesgo de erosión a la escala del territorio, de la superficie ocupada y del pie de los paneles.
Evaluar el efecto de los paneles fotovoltaicos sobre la dinámica del viento a nivel del suelo.
Dimensionar soluciones pasivas específicas para garantizar la durabilidad de las instalaciones.
La erosión eólica corresponde al desplazamiento de partículas de suelo bajo la acción del viento. Este fenómeno depende de varios parámetros, como la naturaleza del suelo, su estado superficial, la presencia o no de vegetación, pero también la intensidad y la dirección de los vientos dominantes. Cuando el suelo está desnudo y poco rugoso, el viento puede movilizar fácilmente las partículas superficiales, provocando una degradación progresiva del terreno.
Incluso un viento moderado puede transportar el polvo a lo largo de kilómetros, de ahí la importancia de bloquear la erosión en su origen. En los entornos naturales, la vegetación desempeña un papel fundamental de protección. Actúa a la vez como una pantalla que ralentiza los flujos de aire cerca del suelo y como un factor de estabilización mecánica gracias a los sistemas radiculares. Cualquier modificación de este equilibrio puede, por tanto, tener un impacto directo sobre la sensibilidad del emplazamiento a la erosión.
La erosión eólica es el desplazamiento de las partículas de suelo bajo la acción del viento. Depende de la naturaleza y del estado superficial del suelo, de la vegetación y de la intensidad de los vientos dominantes: un suelo desnudo y poco rugoso moviliza fácilmente sus partículas superficiales.
La implantación de una central fotovoltaica implica generalmente transformaciones del terreno, en particular una tala parcial o total de la zona afectada. Esta evolución del emplazamiento modifica la rugosidad del suelo y puede conllevar una mayor exposición a los vientos dominantes. En este contexto, es esencial evaluar si la nueva configuración del emplazamiento, una vez instalados los paneles, conduce a un aumento del riesgo de erosión o si, por el contrario, las estructuras implantadas participan en la protección del suelo. A esta pregunta es precisamente a la que el estudio realizado por EOLIOS trató de responder.
La primera etapa del estudio se basa en un análisis a gran escala del emplazamiento y de su entorno. Este enfoque permite caracterizar los regímenes de viento dominantes y comprender cómo los flujos de aire interactúan con el relieve y los elementos naturales circundantes.
Esta visión global es indispensable para identificar las direcciones de viento más impactantes y para situar el proyecto en su contexto territorial. Constituye la base sobre la que se apoyan los análisis más detallados realizados posteriormente.
Los resultados de la simulación ponen de manifiesto zonas de sobrevelocidad, propicias a la erosión, ya presentes antes del inicio del proyecto. El estudio muestra que estos fenómenos persisten tras la instalación de la central, lo que subraya la importancia de implementar soluciones correctivas específicas para limitar de forma duradera los riesgos de degradación del suelo. Además, observamos que la velocidad del viento aumenta a la altura de las mesas fotovoltaicas, creando «venas de sobrevelocidad» en la proximidad inmediata de las estructuras. Estas aceleraciones localizadas, inducidas por la modificación del flujo del aire, hacen necesaria la realización de análisis más detallados. Al hacer zoom sobre estas zonas específicas, nuestros ingenieros pueden evaluar con mayor precisión los riesgos de erosión allí donde los flujos son más dinámicos.
Una sobrevelocidad es una aceleración local del flujo, provocada por la canalización del viento o una discontinuidad geométrica. En el suelo, estas «venas de sobrevelocidad» concentran el potencial de erosión y guían la ubicación de los cortavientos.
En un segundo momento, el análisis se acota a la escala de la superficie ocupada por el proyecto. Esta etapa permite estudiar el impacto de la tala y de la modificación de la superficie del suelo sobre los flujos de aire. Pone de manifiesto las zonas donde el suelo queda más expuesto al viento y permite comparar el comportamiento de los flujos entre el estado inicial, caracterizado por una cobertura vegetal, y el estado tras las obras.
La rugosidad aerodinámica expresa la capacidad de una superficie (vegetación, obstáculos, estructuras) de frenar el viento cerca del suelo. Cuanto más elevada es, más se ralentiza el flujo: la tala la reduce, mientras que las mesas fotovoltaicas la reintroducen parcialmente.
Por último, el estudio se centra en un análisis local, lo más cerca posible de las mesas de paneles fotovoltaicos. Esta escala fina es esencial para comprender las interacciones directas entre el viento y las estructuras. Permite en particular evaluar el efecto de los paneles sobre las velocidades de viento en el suelo e identificar las eventuales zonas de aceleración localizadas, en particular en los alineamientos o los pasillos de circulación.
Para comprender mejor el impacto de los paneles solares sobre el flujo del viento, se realizó una simulación a escala reducida. Esta configuración permite aislar el efecto de las estructuras fotovoltaicas sobre la dinámica del flujo a nivel del suelo.
Los resultados ponen de manifiesto un efecto de amortiguación significativo de las mesas fotovoltaicas sobre el flujo:
Fraccionamiento del flujo y creación de zonas de turbulencia controlada detrás de las hileras.
Disipación de la energía cinética, que reduce la velocidad del viento en la capa próxima al suelo.
Limitación de las aceleraciones locales en los espacios abiertos entre las hileras.
En la práctica, este fenómeno contribuye a reducir el riesgo de erosión eólica en el emplazamiento.
Los paneles actúan como una barrera pasiva, estabilizando el flujo de aire y disminuyendo las velocidades críticas capaces de movilizar las partículas de suelo. Esta simulación confirma, por tanto, que la disposición y la densidad de las instalaciones desempeñan un papel importante en la protección del suelo frente a los efectos del viento.
Los resultados de la simulación ponen de manifiesto el impacto de la tala sobre el comportamiento del viento cerca del suelo. La eliminación de la cubierta forestal provoca un aumento de las velocidades de viento en las zonas ahora abiertas, en particular cuando el viento está alineado con los pasillos talados de la central, lo que ocurre con regularidad ya que estas orientaciones corresponden a los vientos dominantes del emplazamiento. Esta evolución se explica por la desaparición de los obstáculos naturales que constituían los árboles.
A falta de esta rugosidad vegetal, el viento conserva más energía cuando se aproxima al suelo, lo que aumenta su capacidad de movilizar las partículas superficiales. Los suelos desnudos se vuelven así más sensibles a los fenómenos erosivos, en particular en los sectores más expuestos.
El análisis permite sin embargo matizar esta constatación: el aumento de las velocidades de viento no afecta a todo el emplazamiento de manera homogénea. Algunas zonas permanecen relativamente poco afectadas, en función de su posición, de la topografía local y de su lejanía respecto a los ejes de viento principales.
Más allá de esta tendencia general, los resultados ilustran la aparición de aceleraciones localizadas del viento en zonas específicas del proyecto. Estos fenómenos están principalmente vinculados a la geometría del emplazamiento, a la presencia de zonas despejadas continuas y a la orientación de ciertos espacios respecto a los vientos dominantes.
Estas aceleraciones siguen siendo puntuales y circunscritas, pero constituyen puntos de vigilancia importantes. En estos sectores, el viento puede alcanzar niveles más elevados que en el resto de la central, aumentando localmente el potencial de erosión. La simulación permite precisamente localizar estas zonas y comprender sus mecanismos, lo que es esencial para implementar medidas correctivas adaptadas.
El efecto protector de los paneles no es, sin embargo, uniforme y depende de varios parámetros, como su orientación, su espaciado y su alineación respecto a los vientos dominantes. Algunas configuraciones favorecen más la ralentización de los flujos, mientras que otras pueden generar redistribuciones locales del viento. El análisis CFD permite identificar estas diferencias de comportamiento y verificar que, en la configuración elegida para el proyecto, la implantación de los paneles contribuye globalmente a la protección del suelo más que a su exposición.
En las condiciones de viento más habituales del emplazamiento, los resultados indican que las velocidades de viento en el suelo se mantienen globalmente inferiores a los umbrales asociados a los fenómenos de erosión significativa. El riesgo de erosión generalizada aparece así controlado a escala de la central. Este resultado pone de manifiesto el interés de un análisis detallado para superar las ideas preconcebidas: bien diseñada, una central fotovoltaica puede limitar su impacto sobre el suelo.
Para recordar. Bien diseñada, una central fotovoltaica no agrava necesariamente la erosión: en la configuración elegida, las velocidades en el suelo permanecen por debajo de los umbrales críticos y las mesas cumplen un papel de barrera pasiva. La vigilancia se concentra en algunas zonas de aceleración localizada, tratadas con dispositivos pasivos específicos.
Gracias a la CFD, se pudieron identificar algunas zonas más expuestas. Estos sectores pueden experimentar aceleraciones puntuales del viento, capaces de aumentar localmente la sensibilidad a la erosión. La cartografía precisa de estas zonas constituye una herramienta valiosa para orientar las acciones correctivas.
El enfoque elegido consiste en intervenir únicamente allí donde es necesario. Para las zonas sensibles identificadas, pueden implementarse dispositivos pasivos como cortavientos vegetales o estructuras ligeras con el fin de romper la dinámica de los flujos. Estas soluciones se diseñan para integrarse armoniosamente en el entorno del proyecto, garantizando a la vez una eficacia duradera.
Este estudio ilustra la capacidad de EOLIOS Ingeniería para acompañar a los promotores de proyectos fotovoltaicos en la consideración de los retos ambientales desde las primeras fases de diseño. Anticipando los riesgos de erosión, es posible asegurar la viabilidad del proyecto y evitar intervenciones correctivas costosas en fase de explotación.
Apoyándose en la simulación numérica, EOLIOS propone un enfoque pragmático y adaptado a las especificidades de cada emplazamiento. El objetivo es diseñar centrales fotovoltaicas eficaces, duraderas y respetuosas con su entorno, integrando las restricciones aerodinámicas como una verdadera palanca de optimización del proyecto.
Saber hacer: modelización del movimiento de arena y polvoEOLIOS Ingeniería realizó un estudio CFD destinado a evaluar los riesgos de erosión eólica ligados a la implantación de una central fotovoltaica que requiere una tala parcial. Gracias a un enfoque multiescala, unas simulaciones numéricas permitieron cartografiar los flujos de aire sobre todo el emplazamiento, antes y después de las obras. Los resultados muestran que la tala provoca un aumento localizado de las velocidades de viento, generando zonas puntuales de sobrevelocidad potencialmente erosivas. Sin embargo, los paneles fotovoltaicos desempeñan un papel protector significativo al introducir una rugosidad artificial que ralentiza los flujos a nivel del suelo. En las condiciones de viento habituales, las velocidades en el suelo se mantienen globalmente inferiores a los umbrales críticos de erosión, manteniendo controlado el riesgo generalizado. Se recomiendan dispositivos pasivos específicos, como cortavientos vegetales, en los sectores más expuestos con el fin de garantizar la durabilidad del emplazamiento.
Erosión eólica, centrales solares y simulación CFD de la protección del suelo.
La erosión eólica es el desplazamiento de partículas de suelo bajo el efecto del viento. Depende de la naturaleza del suelo y de su estado superficial, de la presencia de vegetación, así como de la intensidad y la dirección de los vientos dominantes. Sobre un suelo desnudo y poco rugoso, incluso un viento moderado puede movilizar las partículas y transportar el polvo a lo largo de kilómetros. Ver también nuestra pericia modelización del movimiento de arena y polvo.
La aumenta localmente: al suprimir la rugosidad vegetal, el viento conserva más energía cerca del suelo, sobre todo cuando los pasillos talados están alineados con los vientos dominantes. El efecto no es sin embargo homogéneo, algunas zonas permanecen poco afectadas según la topografía y la lejanía de los ejes de viento principales.
En la configuración estudiada, protegen globalmente el suelo: las mesas actúan como una barrera pasiva que fracciona el flujo, crea turbulencias controladas detrás de las hileras y reduce la velocidad cerca del suelo. El efecto depende sin embargo de su orientación, su espaciado y su alineación respecto a los vientos dominantes.
La simulación CFD cartografía las velocidades de viento en el suelo a varias escalas (territorio, superficie ocupada, pie de los paneles), antes y después de las obras. Localiza con precisión las zonas de sobrevelocidad y permite dimensionar soluciones correctivas específicas en lugar de tratar todo el emplazamiento.
Dispositivos pasivos, cortavientos vegetales o estructuras ligeras, se instalan únicamente donde la CFD revela aceleraciones locales. Rompen la dinámica de los flujos, se integran en el entorno del proyecto y garantizan una eficacia duradera sin sobrecoste generalizado.
Explora nuestras pericias, proyectos y dosieres técnicos para ir más allá de la FAQ.
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