acute;a de aerogeneradores modernos. Esto se hace,
sobre todo, porque la corriente de aire tras la torre es muy
irregular (turbulenta). ¿Qué es lo que hace que el
rotor gire? La respuesta parece obvia: el viento. Pero en
realidad, no se trata simplemente de moléculas de aire que
chocan contra la parte delantera de las palas del rotor. Los
aerogeneradores modernos toman prestada de los aviones y los
helicópteros tecnología ya conocida, además
de tener algunos trucos propios más avanzados, ya que los
aerogeneradores trabajan en un entorno realmente muy diferente,
con cambios en las velocidades y en las direcciones del viento.
Obsérvese la animación del perfil cortado
(sección transversal) del ala de un avión. La
razón por la que un aeroplano puede volar es que el aire
que se desliza a lo largo de la superficie superior del ala se
mueve más rápidamente que el de la superficie
inferior. Esto implica (por efecto Venturi) una presión
más baja en la superficie superior, lo que crea la
sustentación, es decir, la fuerza de empuje hacia arriba
que permite al avión volar. La sustentación es
perpendicular a la dirección del viento. El
fenómeno de la sustentación es desde hace siglos
bien conocido por la gente que trabaja en la construcción
de tejados: saben, por experiencia, que el material de la cara a
sotavento del tejado (la cara que no da al viento) es arrancado
rápidamente si no está correctamente sujeto a su
estructura. F
Pérdida de sustentación y resistencia
aerodinámica Ahora bien, ¿qué es lo que
ocurre cuando un avión se inclina demasiado hacia
atrás en un intento de subir más
rápidamente? La sustentación del ala va de hecho a
aumentar, pero en el dibujo puede verse que, de repente, el flujo
de aire de la superficie superior deja de estar en contacto con
la superficie del ala. En su lugar, el aire gira alrededor de un
vórtice irregular (condición que también se
conoce como turbulencia). Bruscamente, la sustentación
derivada de la baja presión en la superficie superior del
ala desaparece. Este fenómeno es conocido como
pérdida de sustentación. Un avión
perderá la sustentación si la forma del ala va
disminuyendo demasiado rápidamente conforme el aire se
mueve a lo largo de su dirección general de movimiento
(por supuesto, no va a ser el ala propiamente dicha la que cambie
su forma, sino el ángulo que forma el ala con la
dirección general de la corriente, también conocido
como ángulo de ataque, que ha sido aumentado en el dibujo
de abajo). Observe que la turbulencia es creada en la cara
posterior del ala en relación con la corriente de aire. La
pérdida de sustentación puede ser provocada si la
superficie del ala del avión (o la pala del rotor de un
aerogenerador) no es completamente uniforme y lisa. Una mella en
el ala o en la pala del rotor, o un trozo de cinta adhesiva,
pueden ser suficiente para iniciar una turbulencia en la parte
trasera, incluso si el ángulo de ataque es bastante
pequeño. Obviamente, los diseñadores de aviones
intentan evitar la pérdida de sustentación a toda
costa, ya que un avión sin la sustentación de sus
alas caerá como si fuera una piedra. En la página
sobre control de potencia volveremos sobre este tema, y veremos
cómo los diseñadores de aerogeneradores hacen uso
deliberado del fenómeno de pérdida de
sustentación cuando diseñan la palas del rotor.
Resistencia aerodinámica Sin embargo, los
diseñadores de aviones y los de palas de rotor no
sólo se preocupan de la sustentación y de la
pérdida de sustentación. También se
preocupan de la resistencia del aire, conocida en el argot
técnico como resistencia aerodinámica. La
resistencia aerodinámica normalmente aumentará si
el área orientada en la dirección del movimiento
aumenta.
Para estudiar como se mueve el viento respecto a las palas del
rotor de un aerogenerador, hemos fijado lazos rojos en los
extremos de las palas del rotor, y lazos amarillos a una
distancia al buje de aproximadamente 1/4 la longitud de la pala.
A continuación dejamos los lazos flotar en el aire
libremente (en el dibujo no se han tenido en cuenta las
corrientes turbulentas creadas por las propias palas ni tampoco
la fuerza centrífuga). Las dos imágenes de esta
página le proporcionan una vista lateral de la turbina, y
otra vista desde la parte delantera de la turbina. Dado que la
mayoría de las turbinas tienen una velocidad de giro ?
constante, la velocidad a la que se mueve la punta de la pala
(velocidad periférica) en un aerogenerador típico
suele estar alrededor de 64 m/s (en el centro del buje la
veocidad, claro, es nula). A un cuarto de la longitud de la pala,
la velocidad será entonces de 16 m/s. Los lazos amarillos,
cerca del buje del rotor, serán llevados más hacia
la parte de atrás de la turbina que los lazos rojos, en
los extremos de las palas. Esto es debido a que la velocidad del
viento visto desde un punto de la pala es la suma vectorial de la
velocidad del viento (visto por un observador fijo) más la
velocidad de ese punto de la pala, que a su vez es v = ?r (donde
r es la distancia del punto al buje). ¿Por qué
están torsionadas las palas del rotor? Las palas del rotor
de los grandes aerogeneradores están siempre torsionadas.
Visto desde la pala del rotor, el viento llegará desde un
ángulo (ángulo de ataque) mucho mayor (más
desde la dirección general de viento en el paisaje)
conforme nos desplazamos hacia el buje (es decir, hacia la base
de la pala) ? ver la siguiente diapositiva. Tal como vimos en la
página sobre pérdida de sustentación, la
pala de un rotor dejará de proporcionar
sustentación si el viento llega con un ángulo de
ataque demasiado grande. Así pues, la pala debe estar
alabeada, con el fin de que el ángulo de ataque sea el
óptimo a lo largo de toda la longitud de la misma. Sin
embargo, en el caso particular de aerogeneradores controlados por
pérdida aerodinámica ("stall controlled") es
importante que la pala esté construida de tal forma que la
pérdida de sustentación se produzca de forma
gradual desde la raíz de la pala y hacia el exterior a
velocidades de viento altas. El viento que llega a las palas del
rotor de un aerogenerador no viene de la dirección en la
que el viento sopla en el entorno, es decir, de la parte
delantera de la turbina. Esto es debido a que las propias palas
del rotor se están moviendo. Aerodinámica del rotor
y diseño de las palas
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