El objetivo principal de un diseñador de turbinas eólicas es maximizar la eficiencia aerodinámica o la potencia extraída del viento. Sin embargo, este objetivo también debe cumplir criterios de resistencia mecánica y aspectos económicos.
Impacto de los factores de las palas
En el diseño de una turbina eólica, factores como el número de palas, la forma de las palas, la longitud de las palas y la altura de la torre tienen un impacto significativo.
Número de palas: Cuando aumenta el número de palas de un aerogenerador, también aumenta la eficiencia aerodinámica. Sin embargo, este aumento de eficiencia disminuye a medida que pasamos de dos palas a tres palas. La ganancia de eficiencia al pasar a cuatro palas es marginal. Además, a medida que aumenta el número de palas, el coste del sistema aumenta drásticamente y el diseño mecánico de las palas se vuelve más desafiante.
Forma y orientación de la pala: La forma y orientación de la sección transversal de la pala también afectan el rendimiento de la turbina eólica. Una paleta giratoria experimenta una velocidad aparente que difiere de la velocidad del flujo real. La fuerza de sustentación, que es crucial para el funcionamiento de la turbina, se genera cuando el viento fluye sobre las secciones transversales del perfil aerodinámico de la pala. La fuerza de sustentación aumenta con el ángulo de ataque, pero también aumenta la fuerza de arrastre no deseada. Para lograr el máximo rendimiento, la relación elevación-resistencia debe optimizarse ajustando el ángulo de ataque y diseñando las secciones transversales del perfil aerodinámico en consecuencia.
Longitud de la hoja: Una hoja más larga favorece una mayor extracción de energía. Sin embargo, a medida que aumenta la longitud de la pala, también aumenta la deflexión de la punta de la pala debido a la fuerza axial del viento. Esto puede provocar situaciones peligrosas, como por ejemplo una colisión entre torres y palas. Además, las palas más largas dan como resultado una mayor velocidad en la punta, lo que aumenta el ruido producido por la turbina. Por tanto, existe un límite en cuanto a cuánto se puede aumentar la longitud de la hoja.
Altura de la torre: La altura adecuada de la torre es fundamental para el diseño de turbinas eólicas. La potencia de entrada disponible para la turbina varía significativamente con la velocidad del viento, ya que es una función cúbica. Por tanto, tener una torre más alta permite extraer más potencia. Sin embargo, las dificultades del transporte por carretera y las limitaciones del diseño estructural imponen restricciones prácticas sobre la altura máxima de torre que se puede alcanzar.
En resumen, el diseño de una turbina eólica implica optimizar factores como el número de palas, la forma y orientación de las palas, la longitud de las palas y la altura de la torre para maximizar la extracción de energía teniendo en cuenta la resistencia mecánica y los aspectos económicos.
Esperamos que esta introducción a los aspectos de diseño de los aerogeneradores haya sido de utilidad. Gracias por su atención.
