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AERODINÁMICA DE AEROGENERADORES
La energía del viento
El viento, consiste en aire en movimiento. Todo elemento de masa en movimiento posee una cierta cantidad de energía cinética (Ec), que es proporcional al cuadrado de su velocidad (v1) y a su masa (dm) respectivamente. Considérese un elemento de volumen cilíndrico dV que es atravesado por aire en movimiento con velocidad v1:
La fuerza del viento
Si en el medio fluido se interpone un elemento captador de energía, el viento después de atravesarlo tendrá una velocidad v2 menor a la v1 que traía originalmente (disminución de energía cinética). El cambio en velocidad del flujo implica que se realiza una fuerza sobre el elemento interpuesto.
En la figura se representa gráficamente el comportamiento de las variables que caracterizan el flujo. El disco del rotor (línea R-R) se sitúa perpendicularmente a la dirección del viento incidente que tiene una velocidad v1 a una distancia infinita aguas arriba. El aire que se desplaza por el tubo de corriente atraviesa el rotor, cediéndole parte de su energía y estableciendo la correspondiente diferencia de presiones a ambos lados.
Máxima potencia extraíble del viento
La potencia captada por un aerogenerador suele expresarse como:
donde Cp es el coeficiente de potencia que determina el rendimiento aerodinámico del rotor.
El rotor
En los sistemas eólicos el elemento captador consiste en una hélice que transforma la energía cinética del viento en energía rotacional que es comunicada a un generador eléctrico (aerogeneradores), a un sistema de bombeo (aerobombas) o a un sistema para moler grano (molino de viento tradicional). El principal elemento de estas hélices es la pala. El dimensionamiento de un rotor es una tarea complicada y que requiere integrar los conocimientos de diferentes disciplinas: además de aerodinámica, hay que tener en cuenta aspectos estructurales (estáticos y dinámicos), de generación de ruido, de fabricación, etc. Como primera aproximación se necesita saber cuanta potencia debe generar el rotor, a que velocidad debe generarla, y a que velocidad de giro (este último parámetro está limitado por la maquinaria que va acoplada al rotor, por ejemplo). De forma preliminar, se puede calcular el área del rotor deseado partiendo de la relación:
Esquemas de Transformación energética
Eficiencia
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