Límite de Betz
Fracción máxima teórica de la energía cinética del viento que puede extraer un rotor abierto: 16/27, es decir, alrededor del 59,3 %.
Lo dedujo Albert Betz en 1919 (y, de forma independiente, Lanchester y Joukowsky) aplicando la teoría unidimensional de la cantidad de movimiento a un disco actuador ideal. Si un rotor frenara el aire hasta pararlo, bloquearía el flujo; si no lo frenara nada, no extraería energía. El máximo está en un punto intermedio: aguas abajo, el viento se frena hasta un tercio de la velocidad libre, y en el plano del rotor va a dos tercios.
Aquí ρ es la densidad del aire (unos 1,225 kg/m³ al nivel del mar y 15°C), A el área barrida y v la velocidad del viento. Cp es el coeficiente de potencia.
Los aerogeneradores reales se quedan por debajo por las pérdidas en la punta de las palas, la rotación de la estela, la resistencia de perfil y el número finito de palas. Los rotores tripala modernos alcanzan un Cp aerodinámico de aproximadamente 0,48–0,52 con su velocidad específica de diseño; descontando las pérdidas de multiplicadora, generador y convertidor, el Cp eléctrico suele quedar en 0,42–0,47.
El límite de Betz se aplica a rotores abiertos (sin carenar) en flujo libre. Las turbinas carenadas o con difusor pueden superar el 59 % si se toma como referencia el área del rotor, pero no si se toma el área total de salida del carenado, y no han resultado rentables. Hay límites análogos para las turbinas de corrientes de marea, donde el bloqueo en canales estrechos puede elevar el techo efectivo.
Términos relacionados
Todos los términos →- Curva de potencia
La relación entre la velocidad del viento a la altura del buje y la potencia eléctrica de un aerogenerador; combinada con la distribución de velocidades del viento, sirve para estimar la producción anual.
- Área barrida
Superficie del círculo que describen las palas de un aerogenerador al girar; la potencia es directamente proporcional a ella, y crece con el cuadrado del diámetro del rotor.
- Relación de velocidad en punta (TSR)
Cociente entre la velocidad lineal de la punta de la pala y la velocidad del viento sin perturbar; los aerogeneradores tripala de gran escala se diseñan para valores de unos 7 a 10.
- Densidad de potencia eólica
Potencia media disponible en el viento por metro cuadrado de superficie perpendicular al flujo, en W/m²; es la medida estándar de la calidad del recurso eólico.
- Energía de corrientes de marea
Electricidad generada por turbinas submarinas situadas en corrientes de marea rápidas, parecidas a los aerogeneradores pero movidas por agua unas 800 veces más densa que el aire.