Análisis de la aplicación de la teoría del disco poroso en el aerogenerador IT-PE-100

1. Resumen
3. Limitaciones de la
   teoría del disco poroso
4. 
   Fundamento teórico
5. 
   Ecuaciones del movimiento [3]
6. 
   Potencia generada por el disco
7. 
   Descripción del aerogenerador
   IT-PE-100
8. 
   Aplicaciones de la teoría del disco poroso en la
   aerodinámica del rotor
9. 
   Conclusiones
10. 
    Recomendaciones
11. 
    Bibliografía

Resumen

El presente trabajo
propone una estrategia de
cálculo
aeromecánico de aerogeneradores basada en la
combinación de la teoría
de la cantidad de movimiento
donde se han de aplicar las ecuaciones de
continuidad, cantidad de movimiento y energía, y la
teoría del disco poroso en la cual sustituimos al rotor,
que está compuesto por un número infinito de palas
que giran, por un disco totalmente poroso del mismo radio del rotor
que sustituye. Teorías
ampliamente usadas en estudios e investigación de helicópteros y
aerogeneradores.

Introducción

Las turbinas eólicas extraen potencia del
viento detrayendo cantidad de movimiento de la corriente, por lo
tanto resultaría útil conocer cuál es el
límite superior de la energía extraíble.
Para ello es necesario colocarse en una situación ideal en
la cual se realicen los procesos con
la máxima perfección. Consecuentemente es necesario
eliminar todos aquellos efectos disipativos de la energía,
debidos a la viscosidad del
aire, que
contribuyan a las ineficiencias. Un aerogenerador no es nunca
capaz de llegar a capturar el 100% de esta potencia que posee tal
viento incidente, de tal manera que la potencia capturada por el
rotor de la máquina es significativamente menor. El
coeficiente de potencia de un aerogenerador es el rendimiento con
el cual funciona el mismo, y expresa qué cantidad de la
potencia total que posee el viento incidente es realmente
capturada por el rotor de dicho aerogenerador. Por otra parte,
hay que hacer notar que el coeficiente de potencia con que
funciona un aerogenerador en general no es constante, pues
varía en función de
las condiciones de funcionamiento de la
máquina.

HIPÓTESIS [1]

• Consideramos que un movimiento a Re
  >>1.

• Sustituimos el rotor, que está compuesto por
  palas que giran, por un disco totalmente poroso del mismo
  radio (R) del rotor que sustituye.

• Suponemos que la corriente afectada por el disco
  está delimitada por un tubo de corriente.

• El movimiento del fluido en el tubo de corriente se
  considera unidimensional, estacionario e
  incompresible.

• Se desprecian efectos de rotación de estela y
  pérdidas en punta de pala.

OBJETIVOS

• Explicar los conceptos básicos de las
  ecuaciones del movimiento, potencia extraída por el
  rotor y la teoría del disco poroso
  enseñándole a aplicar los conocimientos
  teóricos para que adquiera las competencias
  correspondientes a la solución de problemas
  técnicos concretos relacionados con la Teoría
  del disco poroso.

• Conocer y dar a conocer por medio de la
  argumentación escrita y ejemplos, las aplicaciones de
  la teoría del disco poroso (aplicación en
  helicópteros, hélice de avión y
  aerogeneradores).

• Establecer una ayuda para los estudiantes
  universitarios y toda persona interesada en los
  aerogeneradores y la teoría del disco
  poroso.

Limitaciones de
la teoría del disco poroso

La teoría de la cantidad de movimiento es muy
sencilla y proporciona unos valores
iniciales globales que permiten el análisis del comportamiento
de una turbina eólica. No obstante, la misma sencillez del
método es
la fuente de sus limitaciones, que se pueden concretar en las
siguientes:

• No tiene en cuenta el efecto de la viscosidad del
  fluido, por lo que no es posible conocer de forma detallada
  lo que sucede en el proceso que sufre el aire al atravesar el
  disco del rotor.

• No es posible tener en cuenta el efecto de las palas
  del rotor, ni en cuanto a su número, ni en cuanto al
  efecto de su giro.

• Como consecuencia de formar parte del método
  integral de la Mecánica de Fluidos, se obtienen
  solamente valores medios de las variables, pero no es posible
  lograr detalles de lo que sucede localmente en ningún
  punto del campo fluido.

• No tiene en cuenta fenómenos no
  estacionarios, tales como los debidos a las rachas de viento,
  turbulencia, variaciones en la velocidad de rotación
  de las palas, etc.