FUNDAMENTOS AERODINÁMICOS DE LAS MAQUINAS EÓLICAS

II.- FUNDAMENTOS AERODINÁMICOS
DE LAS MAQUINAS EÓLICAS
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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 elmovimiento es turbulento; éste es el 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, quepueden influir en masas de aire importantes. 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 conrelación 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 expuestay al cuadrado de la velocidad del viento v, en la forma:
2
R = Cw ρ S v = k S v 2
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
- S la sección frontal del perfil
II.-21

Si el ángulo α que forma el plano de la placacon la dirección del viento es grande, existe una sobrepresión en la parte delantera de la placa y una depresión en su parte posterior de carácter turbillonario,
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 sustentacióno de elevación.

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

Fig II.2

Fig II.3

Fig II.4.- Angulos de ataque y efecto sobre perfiles

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 y
el coeficiente de penetración son:

Re = v L
ν

;

 Régimen laminar: C = 1,328 ; Re< 105
w

Re

0 ,074

5
7
Cw = 
 Cw = Re1/5 ; 10 < Re < 10
 Régimen turbulento : 
0 ,455
7
 Cw = (log Re) −2 ,58 ; Re > 10




Para otros perfiles no planos con su eje de simetría paralelo a ladirección del viento, se indica en la
Fig II.5 el valor del coeficiente Cw.
Para un perfil diseñado en forma aerodinámica se definen 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, lasturbulencias originadas sobre el extradós disminuyen la energía cinética del aire. Si se permite que la placa se desplace bajo el efecto de la fuerza ejercida por el viento, producirá un cierto trabajo recuperable en forma de energía mecánica; contra menor
sea la turbulencia, mayor será este trabajo.
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r
Fuerzas de arrastre y ascensional en perfiles fijos.- La componente de R en la...