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CONCEPTO DE SOLIDEZ EN UNA TURBINA EÓLICA

La solidez es la relación del área de las palas o aspas del rotor al área interceptada por el rotor al girar.


Ejemplo:

Para un rotor de tres palas:
















Hay siempre una relación óptima para la cual la potencia interceptada y la velocidad tangencial de las puntas de las palas puede ser máxima, por ejemplo en rotores con muchas palas se tiene una mayor relación de solidez y mayor torque pero esto a costa de una velocidad menor, así que dependiendo de la aplicación y de las condiciones del viento, se tendrá que escoger en número correcto de palas, algunos rotores pueden tener hasta 80% de relación de solidez lo cuál produce un torque alto a bajas velocidades del viento, que es una característica deseable para operar una bomba de agua de pozo, pero no muy conveniente para la generación de potencia eléctrica eólica.       

Hay un limite en que tan grande puede ser la relación de solidez antes de prevenir que el viento pueda fluir a través del rotor, el científico alemán Albert Betz desarrolló cálculos matemáticos en los cuales establece que la máxima energía que una turbina puede capturar del viento es 59.3%.

Hasta el memento de escribir esta nota no se conocía de alguna máquina capaz de haber llegado al limite teórico de Betz, principalmente  debido a imperfecciones en los rotores y palas causando perdidas por turbulencias y resistencia aerodinámica.


ÍNDICE DE VELOCIDAD DE LA PUNTA “TSr” (del ingles tip speed ratio)

Otro tipo de parámetro para considerar en el diseño o selección de una turbina eólica es el “Índice de Velocidad de la Punta

que se llamara en los sucesivo para abreviar “TSr”.


El TSr se define como el índice de la velocidad del viento a la velocidad rotacional de las palas en la punta, a medida que la palas de la turbina son mayores, la velocidad tangencial en l as puntas aumenta, en turbinas con palas muy grandes, la velocidad tangencial puede ser muy grande del orden de muchas decenas de metros por segundo, esta alta velocidad impone consideraciones especiales en el diseño del las palas y la estructura de la turbina. A veces algunos pájaro son matados por las las las palas al girar rápidamente, esto a creado una preocupación entre los ecologistas y sociedades protectoras de animales que exigen medidas para proteger a las aves.     

La turbinas grandes pueden además causar ruido y turbulencias algo que hay que tomar en cuenta cuando se diseñe o se seleccione una locación con población cercana para la instalación de grandes turbinas de viento.


El índice Tsr esta expresado matemáticamente por la ecuación:


Tsr = (Velocidad de la punta en m/s)/(La velocidad del viento en m/s) o:


Tsr = Ts/Ws


Ts = Velocidad de la punta en m/s

Ws = Velocidad del viento en m/s


Ejemplo:

Cual será el Tsr para una turbina pequeña con un rotor de diámetro de 3.5 m con una velocidad de punta de 13 m/s cuando es impactado

por un viento con una velocidad de 7m/s ?


Tsr = (3m/s)/(7m/s) = 1.85



La tabla de abajo muestra alguno diámetros de turbina típicos y sus correspondientes relaciones de velocidades de punta para una velocidad del viento dadas.














Los datos de la relación de velocidad de punta Tsr son parte importante de las especificaciones de las turbinas de viento que son normalmente derivadas de mediciones y pruebas, aunque pueden ser aproximadamente calculadas, de todas manera siempre será necesario probarlas y verificarlas para escribir las especificaciones finales.   



Continua Relación De La Velocidad De Punta a Revoluciones Por Minuto RPM, haga clic aquí >



Área de las palas del rotor= A1+ A2 +A3

 Área del disco= лr2

л = 3.14159

r = Es el radio de la pala


Para un rotor con múltiples palas la área de las palas totales será:

At= A1+ . . . +An


Solidez=At/(лr2) en %


Tipo De Turbina

Diámetro Del Rotor En Metros

Velocidad Del Viento Dado En m/s

Velocidad De Punta m/s

Relación De Velocidad De Punta

Molino de viento de granja

3

7

13

1.85

Turbina pequeña

2

10

35

3.5

Turbina mediana

40

12

66

5.5

Turbina muy grande

60>

12

75-150

6.25-12.5









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