Conceptos sobre la potencia extraible del viento¶

En "¿Por qué giran las palas?" se presentan los conceptos básicos que permiten entender por qué la fuerza del viento perpendicular al plano de giro de las palas, hace que estas giren. Una consecuencia es que esa fuerza de giro depende de la forma de las palas y también del angulo de las mismas respecto al plano de giro: cuanto mayor sea ese angulo (Pitch) (es decir cuanto menos superficie de la pala se "enfrente" al viento) menos será esa fuerza.

La fórmula que nos da la potencia extraíble del viento es la siguiente (ver referencias en la Bibliografía ):

PontenciaExtraidaDelViento =
0.5 * DensidadAire * AreaBarridaPalas * Viento³ * Cp(Viento, VelocidadRotacionPalas, Pitch)

Donde AreaBarridaPalas es π * RadioPala² , RadioPala es la distancia desde la punta de la pala al centro del Hub, y Pitch es el angulo de ataque de la pala respecto del plano de giro de las palas.

La influencia del Pitch es a través del Coeficiente aerodinámico (Cp), que es una función compleja cuyo valor máximo teórico es 0,59 (ley de Betz) y que depende:

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de la velocidad de giro de las palas y
del Pitch.

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1.La velocidad del viento.
2.La velocidad de giro de las palas.
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Afortunadamente, estas tres variables pueden ser reducidas a dos usando el artilugio matemático de utilizar una variable que relaciona la velocidad del viento con la velocidad de rotación de las palas. Esta variable se conoce como TSR (de Tip Speed Ratio : relación entre la velocidad lineal de la punta de la pala y la velocidad del viento).

La definición de esta variable auxiliar es la siguiente :

TSR = 2 * π * RadioPala * (VelocidadRotacionPalas rpms)/60) / VelocidadViento

Usando esta variable TSR, la función Cp queda dependiente de solo dos variables: TSR y del Pitch: Cp (TSR,Pitch)

En los siguientes epígrafes se presentan datos significativos de esta función.