Ley de betz
Páginas: 5 (1126 palabras)
Publicado: 6 de marzo de 2012
El frenado ideal del viento
Cuanto mayor sea la energía cinética que un aerogenerador extraiga del viento, mayor será la ralentización que sufrirá el viento que deja el aerogenerador por su parte izquierda en el dibujo (si usted se pregunta sobre el tubo de corriente del dibujo, es porque no ha leído la página sobre cómo los aerogeneradores desvían el viento ).
Si intentamos extraer toda laenergía del viento, el aire saldría con una velocidad nula, es decir, el aire no podría abandonar la turbina. En ese caso no se extraería ninguna energía en absoluto, ya que obviamente también se impediría la entrada de aire al rotor del aerogenerador. En el otro caso extremo, el viento podría pasar a través de nuestro tubo (arriba) sin ser para nada estorbado. En este caso tampoco habríamosextraído ninguna energía del viento.
Así pues, podemos asumir que debe haber alguna forma de frenar el viento que esté entremedio de estos dos extremos, y que sea más eficiente en la conversión de la energía del viento en energía mecánica útil. Resulta que hay una respuesta a esto sorprendentemente simple: un aerogenerador ideal ralentizaría el viento hasta 2/3 de su velocidad inicial. Para entender elporqué, tendremos que usar la ley física fundamental para la aerodinámica de los aerogeneradores:
La ley de Betz
La ley de Betz dice que sólo puede convertirse menos de 16/27 (el 59 %) de la energía cinética en energía mecánica usando un aerogenerador.
La ley de Betz fue formulada por primera vez por el físico alemán Albert Betz en 1919. Su libro "Wind-Energie", publicado en 1926,proporciona buena parte del conocimiento que en ese momento se tenía sobre energía eólica y aerogeneradores.
Es sorprendente que se pueda hacer una afirmación general tan tajante que se pueda aplicar a cualquier aerogenerador con un rotor en forma de disco.
La demostración del teorema requiere algo de matemáticas y de física, pero no se desanime por eso, tal y como escribe en su libro el propio Betz.La demostración que Betz hizo del teorema se incluye en el manual de referencia de este sitio web.
Ley de Betz
Un aerogenerador ralentiza el viento al pasar por el rotor hasta 2/3 de su velocidad inicial, lo que significa que no aprovecha toda la energía cinética que el viento aporta al rotor, por lo que la Ley de Betz dice: “Sólo puede convertirse menos de 16/27 (aproximadamente el 59%) de laenergía cinética del viento en mecánica usando un aerogenerador.
Ley de Betz
Teóricamente, la energía máxima extraíble del viento es independiente del número de palas y viene determinada por la Ley de Betz. Esta ley se basa en la idea de que un aerogenerador ralentiza el viento al pasar por el rotor hasta 2/3 de su velocidad inicial. Esto significa que no es posible aprovechar toda la energíacinética del viento.
La Ley de Betz postula: “Sólo puede convertirse menos de 16/27 (aproximadamente el 59%) de la energía cinética del viento en mecánica usando un aerogenerador.” En la práctica la potencia máxima extraíble oscila entre el 40% y el 50%.
La potencia generada por un aerogenerador depende en gran medida de la velocidad del viento, pero también del área barrida por las palaspor lo que actualmente la tendencia es hacer los aerogeneradores cada vez más altos (a más altura mayor velocidad del viento) y con palas más largas (mayor superficie de barrido de las palas). En la siguiente figura podemos ver gráficamente la evolución de los aerogeneradores:
Respecto al número de palas hay que destacar que los rotores tripala han demostrado su eficacia y eficiencia, y se hanconvertido en los más utilizados en todo el mundo:
- Un mayor número de palas permite obtener sistemas más equilibrados y estables. Así, un rotor de tres palas es mucho más estable que uno bipala o monopala, es decir, presenta un equilibrio mucho mejor de fuerzas giroscópicas y sufre menos vibraciones.
- Cuanto menor es el número de palas mayor es la velocidad de giro, por lo que, en una...
Cuanto mayor sea la energía cinética que un aerogenerador extraiga del viento, mayor será la ralentización que sufrirá el viento que deja el aerogenerador por su parte izquierda en el dibujo (si usted se pregunta sobre el tubo de corriente del dibujo, es porque no ha leído la página sobre cómo los aerogeneradores desvían el viento ).
Si intentamos extraer toda laenergía del viento, el aire saldría con una velocidad nula, es decir, el aire no podría abandonar la turbina. En ese caso no se extraería ninguna energía en absoluto, ya que obviamente también se impediría la entrada de aire al rotor del aerogenerador. En el otro caso extremo, el viento podría pasar a través de nuestro tubo (arriba) sin ser para nada estorbado. En este caso tampoco habríamosextraído ninguna energía del viento.
Así pues, podemos asumir que debe haber alguna forma de frenar el viento que esté entremedio de estos dos extremos, y que sea más eficiente en la conversión de la energía del viento en energía mecánica útil. Resulta que hay una respuesta a esto sorprendentemente simple: un aerogenerador ideal ralentizaría el viento hasta 2/3 de su velocidad inicial. Para entender elporqué, tendremos que usar la ley física fundamental para la aerodinámica de los aerogeneradores:
La ley de Betz
La ley de Betz dice que sólo puede convertirse menos de 16/27 (el 59 %) de la energía cinética en energía mecánica usando un aerogenerador.
La ley de Betz fue formulada por primera vez por el físico alemán Albert Betz en 1919. Su libro "Wind-Energie", publicado en 1926,proporciona buena parte del conocimiento que en ese momento se tenía sobre energía eólica y aerogeneradores.
Es sorprendente que se pueda hacer una afirmación general tan tajante que se pueda aplicar a cualquier aerogenerador con un rotor en forma de disco.
La demostración del teorema requiere algo de matemáticas y de física, pero no se desanime por eso, tal y como escribe en su libro el propio Betz.La demostración que Betz hizo del teorema se incluye en el manual de referencia de este sitio web.
Ley de Betz
Un aerogenerador ralentiza el viento al pasar por el rotor hasta 2/3 de su velocidad inicial, lo que significa que no aprovecha toda la energía cinética que el viento aporta al rotor, por lo que la Ley de Betz dice: “Sólo puede convertirse menos de 16/27 (aproximadamente el 59%) de laenergía cinética del viento en mecánica usando un aerogenerador.
Ley de Betz
Teóricamente, la energía máxima extraíble del viento es independiente del número de palas y viene determinada por la Ley de Betz. Esta ley se basa en la idea de que un aerogenerador ralentiza el viento al pasar por el rotor hasta 2/3 de su velocidad inicial. Esto significa que no es posible aprovechar toda la energíacinética del viento.
La Ley de Betz postula: “Sólo puede convertirse menos de 16/27 (aproximadamente el 59%) de la energía cinética del viento en mecánica usando un aerogenerador.” En la práctica la potencia máxima extraíble oscila entre el 40% y el 50%.
La potencia generada por un aerogenerador depende en gran medida de la velocidad del viento, pero también del área barrida por las palaspor lo que actualmente la tendencia es hacer los aerogeneradores cada vez más altos (a más altura mayor velocidad del viento) y con palas más largas (mayor superficie de barrido de las palas). En la siguiente figura podemos ver gráficamente la evolución de los aerogeneradores:
Respecto al número de palas hay que destacar que los rotores tripala han demostrado su eficacia y eficiencia, y se hanconvertido en los más utilizados en todo el mundo:
- Un mayor número de palas permite obtener sistemas más equilibrados y estables. Así, un rotor de tres palas es mucho más estable que uno bipala o monopala, es decir, presenta un equilibrio mucho mejor de fuerzas giroscópicas y sufre menos vibraciones.
- Cuanto menor es el número de palas mayor es la velocidad de giro, por lo que, en una...
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