CONCEPTOS FUNDAMENTALES:

La potencia del viento

Sea un conducto de corriente de sección recta A, perteneciente a un campo de flujo de viento uniforme (acel. convectiva=0) y permanente (V/t=0) de velocidad V, como se aprecia en la figura. La sección A está fija en el espacio y el fluido pasa a través de ella. Consideremos una sección móvil A' que se desplaza con el fluido a una velocidad de módulo V, de forma perpendicular a la anterior y sea t el tiempo que demora la sección A' en llegar a la posición de la A. La longitud recorrida por la sección A' será, entonces:

L=V.t .

De este modo la masa fluida contenida en este volumen de control será:

M= r.A.V. t

Y su energía cinética: E_cin = ½.M.V² = ½.r.A.V³.t

Dividiendo esta energía por el tiempo empleado en atravesar el tubo, t, obtendremos la potencia que posee el aire, de densidad r, al circular a través de un área A con una velocidad V:

(1.1)

Ahora bien, de toda esta energía solo una parte puede ser captada por la hélice en una turbina eólica. Definimos, así, el coeficiente de potencia como la relación entre la potencia captada por la hélice y la potencia total disponible en el viento, es decir:

Þ (1.2)

En cuanto a la naturaleza y valores de Cp existen diferentes teorías, algunas mas simples y otra mas complejas y elaboradas. Una de éstas y la mas reconocida será descripta por el Limite de Betz.

De este modo hemos definido la potencia que puede absorber una hélice o rotor de un turbina eólica del viento, contemplando solo aspectos aerodinámicos.

Sin embargo, en el concepto global de una máquina de esta especie intervienen, además, fenómenos mecánicos y eléctricos por la incorporación a la misma de diferentes cadenas cinemáticas (cajas multiplicadoras por ej.) y máquinas eléctricas (generador) respectivamente. Todo esto conduce a la incorporación de diferentes rendimientos, h_mec y h_elec, en la expresión de la potencia total de salida de una turbina eólica. Así,

(1.3)

Limite de Betz "La máxima potencia que se puede obtener, en teoría, de una corriente de aire con una aeroturbina ideal nunca puede superar al 59,26% de la potencia del viento incidente."