2

REPASO
REPASO GENERAL
GENERAL SOBRE
SOBRE
APROVECHAMIENTO
APROVECHAMIENTO DEL
DEL
POTENCIAL
POTENCIAL EÓLICO
EÓLICO

PRINCIPIO DE
OPERACIÓN DE LOS
SCEE

Energía cinética del viento

1
EC  m V 2
2
Potencia = Energía / tiempo
Masa por unidad de tiempo:

m  A V

1
3
Pv   A V
2

Potencia de captación de un rotor eólico

1
3
P   A V CP
2
donde:
ρ : densidad del aire (1.225 kg/m3)
A : áreabarrida por el rotor (m3)
V : velocidad del viento (m/s)
CP : Coeficiente de potencia del rotor

Coeficiente de potencia de un rotor eólico

Relación de velocidad de punta de aspa

Eficiencia de Conversión de un SCEE

t C p  v mG
Pv

C p  v

Pr

Pm

m

Pv

= Potencia del viento

Pr

= Potencia a la salida del rotor

Pm

= Potencia mecánica

Pe

= Potencia eléctrica

t

G

Pe

=Eficiencia de conversión

Cp(v) = Coeficiente de potencia del
m

rotor
= Eficiencia de la transmisión

G

= Eficiencia del generador

Respuesta operacional
Puntos de referencia en su curva de
potencia:
Vi

velocidad de inicio de generación

Vn

velocidad nominal

Vs

velocidad de salida

Vss

velocidad de supervivencia

Curva de potencia de un PSCEE
de 1 kW con regulación ideal de potencia
1400
1200Potencia (W)

1000
800
600
400
200

Vi

0
0

Vn
5

10

Vss

Vs
15

20

Velocidad del viento m/s

25

30

Respuesta a la velocidad de viento estacionaria (velocidad
promedio del viento en intervalos de 10 minutos)

Estación de pruebas para caracterización
de aerogeneradores

Estación de pruebas “El Gavillero”

Componentes del Rotor
• Cubo


Rígido
 Basculante

• Nariz
• Aspas

MonopalaBipala
Tripala

 

Ilustración del rotor aerodinámico

Timón de orientación
Nariz

 

 

Principio de operación: flujo en el aspa
PROPIEDADES DEL PERFIL
Coeficiente de levantamiento: CL
Genera una fuerza en la dirección
del giro del rotor y proporciona
trabajo útil.

Coeficiente de arrastre: CD
Genera una fuerza en la
dirección opuesta al giro del
rotor que se opone al movimiento

Coeficiente depotencia del rotor

P
R
CR 
3
1
2 AVCR
donde:
PR : es el valor promedio en 10 minutos de la potencia mecánica
entregada por el rotor en su flecha principal.
 : es la densidad del aire.
A : es el área de barrido del rotor.
VCR : es el valor promedio en 10 minutos de la velocidad del viento
a la altura del centro del rotor.

Comportamiento del coeficiente de potencia en
un rotor eólico
0.4
0.35
0.3Cp

0.25
0.2
0.15
0.1
0.05
0
0

5

10

Velocidad de viento (m/s)

15

Concepto de solidez de un rotor

Baja solidez:
ω alta
par bajo
λ alta
Alta solidez:
ω baja
par alto
λ baja

Característica CP - λ en rotores de eje
horizontal

CQ - λ característica de rotores de eje horizontal

Relación de punta de aspa

r

VCR
donde:


r
VCR

es la velocidad angular del rotor (rad/s)
es el radio delrotor (m)
es la velocidad del viento referida al centro del
rotor (m/s)

Comportamiento de CR -  para dos rotores
de tres aspas con geometría diferente
0.55
0.5

CR

0.45
0.4
0.35
0.3
0

1

2

3

4

5

6 7
Lamba

8

9 10 11 12 13 14 15 16
CL/CD = 120
CL/CD = 80

Variables que
influyen en el
comportamiento de
rotores de
aerogeneradores de
eje horizontal

Fuerzas actuantes sobre el perfilaerodinámico

Número de Reynolds
tipo de flujo: laminar o turbulento

Re = Vrc/
donde:
Vr es la velocidad relativa del viento
() es la viscosidad dinámica del aire (1.45 x
10-5 m2/s, a 20C, 1 atm)
(c) es la cuerda del perfil en el elemento de
aspa

Porcentajes de aportación de potencia

1
P   A V 3 CP
2

Ejemplo del
concepto de
torcimiento en
aspas para
un
aerogenerador
de eje horizontal

 e  a  t  r 

Ejemplo del
concepto de
conicidad en
aspas para
aerogeneradores
de eje horizontal

Materiales usados para la construcción de aspas
para aerogeneradores

 

Material

Densidad (kg/m3)

Costo (USD/kg)

Acero

7,800

5.5 - 8

Madera laminada - resina epóxica

550

10 - 15

Fibra de vidrio - resina de
poliéster
Fibra de vidrio - resina epóxica

1,800

10 - 15

2,000

12 - 18...