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.
La relación de velocidad en punta (TSR, símbolo λ) es el principal parámetro adimensional de funcionamiento de un rotor:
donde ω es la velocidad angular del rotor (rad/s), R la longitud de pala y v la velocidad del viento libre. Cada diseño de rotor tiene una TSR en la que el coeficiente de potencia Cp alcanza su máximo: si el rotor gira demasiado despacio, el viento pasa por los huecos sin aprovecharse, y si gira demasiado deprisa, las palas actúan como un disco macizo y el flujo lo rodea.
Valores ideales típicos:
- Aerogeneradores tripala de gran escala: λ ≈ 7–10
- Rotores bipala: λ ≈ 9–12
- Molinos multipala de bombeo de agua: λ ≈ 1–2, mucho par pero Cp bajo
- Turbinas de corrientes de marea: λ ≈ 4–6, limitadas por la cavitación
Las turbinas de velocidad variable siguen la TSR ideal por debajo de la velocidad nominal de viento ajustando el par del generador. Por encima de la nominal, el control se aparta de ella a propósito mediante el control de paso.
En la práctica, el techo lo marca la propia velocidad de punta. En tierra suele limitarse a 75–90 m/s por el ruido, que en el caso del ruido aerodinámico crece con fuerza con la velocidad de punta; las máquinas marinas trabajan a 90–105 m/s, limitadas sobre todo por la erosión del borde de ataque que causa el impacto de la lluvia. Un rotor marino de 230 m con 100 m/s en punta gira a solo unas 8 rpm.
Términos relacionados
Todos los términos →- 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 %.
- 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.
- Control de paso (pitch)
Giro de las palas de un aerogenerador sobre su eje longitudinal para cambiar el ángulo de ataque; sirve para regular la potencia por encima de la velocidad nominal, arrancar y detener el rotor.
- Velocidad nominal del viento
La velocidad de viento más baja a la que un aerogenerador alcanza su potencia nominal, normalmente de 10 a 13 m/s en las turbinas modernas de gran escala.
- 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.