Eolo

II.- FUNDAMENTOS AERODINÁMICOS DE LAS MAQUINAS EÓLICAS

El viento está compuesto por partículas de aire en movimiento; cuando la masa de aire esté conformada por filetes yuxtapuestos, perfectamente individualizados, se dice que el movimiento del mismo es laminar, mientras que si los filetes de aire se entrecruzan y no conservan su individualidad, se dice que el movimiento es turbulento; éste esel caso más general que acontece en el viento. Si en cada punto de una masa de aire en movimiento turbulento se miden las velocidades instantáneas, se observa que estas varían en magnitud y en dirección sin ninguna regularidad, pero no suelen apartarse mucho de un valor medio. Los movimientos desordenados del aire a nivel macroscópico se llaman turbulencias, que pueden influir en masas de aireimportantes. Cuando el viento se encuentra con un obstáculo, su movimiento empieza a ser perturbado y a hacerse irregular a una cierta distancia del mismo. II.1.- FUERZAS SOBRE UN PERFIL Un objeto situado en el seno de una corriente de aire presenta una resistencia al avance deformando los filetes fluidos; ésto depende de la forma del objeto y de su posición con relación a la dirección del viento,Fig II.1. Al estudiar los efectos de la resistencia del aire sobre una placa plana, se observa que la resultante R de las fuerzas aplicadas a la placa es un vector cuyo punto de aplicación es su centro aerodinámico o centro de empuje, siendo su dirección perpendicular a la placa, su sentido el del viento, y su intensidad proporcional a la superficie S expuesta y al cuadrado de la velocidad delviento v, en la forma: R = Cw ρ S v2 = k S v2 2

en la que k es un coeficiente que depende del ángulo α de incidencia, de las unidades elegidas y de la turbulencia del movimiento; Cw es el coeficiente de resistencia (penetración), ρ es la densidad del aire y S la sección frontal del perfil. Si el ángulo α que forma el plano de la placa con la dirección del viento es grande, existe una sobrepresiónen la parte delantera de la placa y una depresión en su parte posterior de carácter turbillonario,
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Fig II.2; si el ángulo de incidencia α es pequeño, la sobrepresión aparece en la parte inferior de la placa y la depresión por encima, por lo que aparece una fuerza que tiende a elevarla, Fig II.3, conocida como fuerza de sustentación o de elevación.

Fig II.1.- Perfil situado en el senode una corriente fluida

Fig II.2

Fig II.3

Fig II.4

En la Fig II.4 se representa un perfil placa plana con dos tipos de inclinación; se indican los valores de R, observándose que, contra más pequeño sea el ángulo α de inclinación, la resultante R será mayor. Para perfiles planos (fijos) de longitud L paralelos a la velocidad v del viento, el valor del nº de Reynolds es: Re = vL ν 1,328 ; Re< 105  Régimen laminar: C w = Re    0, 074 ; 10 5 < Re < 107 viene dado por :   Cw =  Re 1/5   Régimen turbulento:  0, 455  Cw = ; Re > 107   (log Re)−2,58  

El valor de C w

Para otros perfiles no planos con su eje de simetría paralelo a la dirección del viento, se indica en la Fig II.5 el valor del coeficiente Cw. Para un perfil diseñado en forma aerodinámica sedefinen dos zonas que son: a) El extradós, que es la parte del perfil en donde los filetes de aire están en depresión b) El intradós, que es la parte del perfil en donde los filetes de aire están en sobrepresión. Si la placa no está perfilada convenientemente, las turbulencias originadas sobre el extradós disminuyen la energía cinética del aire. Si se permite que la placa se desplace bajo el efecto dela fuerza ejerII.-22

cida por el viento, producirá un cierto trabajo recuperable en forma de energía mecánica; contra menor sea la turbulencia, mayor será este trabajo.

D

L

Fig II.5.- Coeficiente k para algunos perfiles semiesféricos

Fig II.6.- Coeficientes de arrastre y ascensional

FUERZAS DE ARRASTRE Y ASCENSIONAL EN PERFILES FIJOS r La componente de R en la dirección del...