El principio de funcionamiento de una turbina eólica es similar

COMPORTAMIENTO AERODINÁMICO DE UNA PALA
El principio de funcionamiento de una turbina eólica es similar al de un avión. El aire
incidente sobre las palas se divide en dos corrientes (ver Fig. 1); una que circula por la parte
superior del perfil y otra por la parte inferior, de forma que, las velocidades de las corrientes
de aire por ambas caras son distintas y, en consecuencia, la presión existente en ellas [1,2,3,4].
En la parte superior de la pala (ver Fig. 1) la velocidad es mayor y, por lo tanto, hay una
depresión, mientras que por la parte inferior la velocidad es menor, y, entonces, hay una
sobrepresión. Esta diferencia de presión entre las dos caras del perfil tiene como resultado la
aparición de la denominada fuerza de sustentación Fs (ver Fig. 2) que es la componente
perpendicular a la velocidad del viento relativa Ur al movimiento de la pala y, por ejemplo, en
los aviones es la fuerza que les permite mantenerse en el aire. A la fuerza de sustentación F s se
le suma, en la misma dirección de Ur, una componente de resistencia aerodinámica Fr, de
forma que, la resultante de estas dos fuerzas se puede descomponer en una fuerza tangencial
Ft y una normal Fe. La componente tangencial Ft actúa en el sentido del movimiento de las
palas, siendo la responsable de la aparición del par motor en el eje de la turbina. Por otra
parte, la componente normal Fe o fuerza de empuje no realiza ningún trabajo y debe
soportarla la torre del aerogenerador.
REFERENCIAS
[1] Freiris, L.L.: “Wind Energy Conversion Systems”, Prentice Hall, 1990 (ISBN 0-13-960527-4)
[2] Le Gouriérès, D.; “Energía Eólica. Teoría, concepción y cálculo práctico de las instalaciones”,
Massan, S.A., 1983 (ISBN 84-311-0326-4)
[3] Siegfried, H.; “Grid Integration of Wind Energy Conversion Systems”, John Wiley & Sons,
1998 (ISBN 0-471-97143-X)
[4] J.F. Manwell, J.G. McGowan and A.L. Rogers; “Wind Energy Explained. Theory, Design and
Application”, John Wiley & Sons, 2002 (ISBN 0-470-84612-7)
Fig. 1: Comportamiento de un perfil de pala.
Fig. 2: Velocidades y fuerzas en un perfil de pala.
800
Pot (kW)
Par (kN·m)
600
400
200
0
0
5
10
15
20
25
1
Ct
0.5
0
100
90
80
70
60
50
40
30
20
10
0
0
5
10
15
20
25
10
15
20
25
F. tang. (kN)
F. empuje (kN)
Ft/Fe %
0
5
Bonus 600 kW MkIV | U(m/s) = 6 | w(rpm) = 13 | alfa = 8
Bonus 600 kW MkIV | U(m/s) = 7 | w(rpm) = 19 | alfa = 8
Fr Ft
Fr Ft
Fe
Fs
FsFe
Vpala
Vpala
Ur Ur or.
Ur
Ur or.
Bonus 600 kW MkIV | U(m/s) = 9 | w(rpm) = 19 | alfa = 8
Bonus 600 kW MkIV | U(m/s) = 14 | w(rpm) = 19 | alfa = 8
Ft
Fr
Fr
Ft
Fe
Fs
Fs
Fe
Vpala
Vpala
Ur
Ur or.
Ur
Ur or.