Tema: Duda de formas de palas

No comprendo bien por qué las palas son lan largas y delgadas. Las alas de los aviones son en proporción más anchas y gruesas.
Las formas creo vienen dadas para ahorrar material y subir el rendimiento aerodinámico (Cp). Sin embargo si construyes una pala muy delgada debes poner mucho más material para reforzarla (haciéndola más maciza), por ejemplo me sale el cálculo que si tienes un ala de 1m de ancho y 30m de largo tendrás que aplicar 36 veces más material que si la haces de 6m de ancha con la misma longitud (y el espesor también 6 veces mayor).
El perfil triangular ahorra un 25% de material frente al rectangular, lo cual si lo veo bien.

No es una cuestión de ahorro de material, en las alas de los aviones y en las palas de los aerogeneradores lo que prima es la eficiencia aerodinámica. Estructuralmente no hay problema ninguno con los materiales de hoy, de hecho son huecas (alas y palas), sólo un larguero principal es el que da rigidez estructural, el resto es hueco.

Y aerodinámicamente hablando hay varios factores que tener en cuenta. La planta alar (lo que tú llamas perfil) es importante, pero más lo es el perfil (lo que ves si cortas la pala por medio y miras de costado), y el alargamiento (relación entre el ancho y el largo).

La planta triangular o en disminución es mucho más efectiva que la planta rectangular, más que nada porque la velocidad lineal de la pala cerca de su raíz o en el extremo es muy muy diferente, y a cada velocidad se adecúa mejor uno u otro perfil, cuerda alar, etc. De hecho siempre se ha dicho que la planta alar más efectiva es la elíptica (recuerda las alas del Spitfire, todas redondeadas en forma de elipse), y si te das cuenta las palas de los generadores modernos son así también, de formas redondeadas en planta.

El perfil es súmamente importante, es el responsable de generar sustentación en el avión y rotación en el aerogenerador. Hay muchos perfiles diferentes estudiados en túneles del viento, para los cuales se sacan sus curvas polares que representan la sustentación que generan a diferentes velocidades. Pueden ser simétricos, asimétricos, plano-convexos, concavo-convexos, etc etc... todo un mundo. Y en general un perfil de mucho espesor (gordo) suele ser más lento pero más sustentador que un perfil de poco espesor (fino), que por contra es más rápido pero menos sustentador.

Y tu pregunta concreta se denomina alargamiento, que es la relación entre la envergadura alar (el largo) y la cuerda alar (el ancho), tanto en las alas como en las palas. Dos alas, una de 15m de largo y 2m de ancho, y otra de 2m de largo y 15m de ancho no rinden igual. Ambas tienen la misma superficie alar 30m2), pero el alargamiento es muy diferente. La larga y estrecha (mucho alargamiento) produce mucha menor resistencia inducida que la corta y ancha (alargamiento corto), menores vórtices marginales, menor freno en definitiva. Es la razón por la que las alas de los planeadores sin motor son también largas y estrechas, para mejorar el rendimiento cuando no se dispone de motor.

Contado así un poco por encima y sin detalles, pero espero que te saque de dudas.

Básicamente tienen que ser largas para barrer una mayor área y aprovechar mejor el viento en cara. Todo tiene limites de resistencia de materiales y velocidad, la punta con exceso de velocida puede crear ondas de choque y hacerse pedazos.

Breitling te veo puesto ,pero dime que pala has visto hueca, porque perfiles alares si ,pero las palas que he visto son mas duras que un cuerno de cabra.

En la página 15 hay un esquema de cómo son las palas ahora y cómo eran antes:

http://agamenon.tsc.uah.es/Asignatur...eneradores.pdf

No hombre, creía que decías de avión. Esas ya se.

Iniciado por Photon

No hombre, creía que decías de avión. Esas ya se.

Ahora me he perdido yo.... Las palas de aerogenerador actuales son huecas, al menos las grandes palas. Y las alas de avión también. No se a cual te referías con lo de "más duras que un cuerno de cabra"

Palas=helices, al fin y al cabo son todo perfiles.

Iniciado por Photon

Palas=helices, al fin y al cabo son todo perfiles.

Aaaah, vale. Sí sí, las palas de las hélices son bien macizas

Muchas gracias por vuestras aclaraciones, la presentación de Powerpoint es muy esclarecedora.
Aunque difiero algo con Breitling:

Iniciado por Breitling

No es una cuestión de ahorro de material, en las alas de los aviones y en las palas de los aerogeneradores lo que prima es la eficiencia aerodinámica.

El coste de las palas es directamente proporcional al peso de fibra de vidrio que llevan encima. Si además de mirar el diseño aerodinámico miramos también el estructural, reducir en un 84% el coste de los materiales puede compensar:
Para ello hay que hacer ancho y gordo el perfil y hacerlo hueco (puede espumarse y poner tensores para quitar vibraciones)
Imagino que para que pueda hacerse, la velocidad del ala tiene que bajar. Entonces hay problemas en la multiplicadora y el generador, aunque de eso me preocupo yo pues es mi campo.

Necesitaría calcular la velocidad angular de una pala con las siguientes especificaciones:

Potencia 15MW
Velocidad nominal del viento: 10m/s (quiero plena potencia cuando los demás molinos estén al 50%)
Fuerza de arrastre baja
La eficiencia de mi convertidor espero sea próxima al 90%, no obstante para los cálculos meteremos el 85% que ya va bien

Me sale un área para un rendimiento eólico del 40%:
0.6*0.4*1.225*10^3*pi()/4*d^2*.85=15MW
Sale un diámetro de 280m

La pala sería de 140m de larga por 28 de ancha (20%)

Iniciado por fusion

Me sale un área para un rendimiento eólico del 40%:
0.6*0.4*1.225*10^3*pi()/4*d^2*.85=15MW
Sale un diámetro de 280m

La pala sería de 140m de larga por 28 de ancha (20%)

Bufff... eso sí que me parece inviable, es una pala casi 5 veces más larga que las actuales, y un ancho descomunal. Además, a qué altura subes la góndola para soportar ese diámetro? Creo que es una exageración.

He estado haciendo números y sí que es una exageración. Lo más grande que he visto en fibra de carbono es un barco noruego de 74m, reharé los cálculos para algo un poco más pequeño.
Olvida la góndola pues es un diseño offshore y no un molino de tierra puesto en el mar.
Para un astillero "algo" con forma de barco de 240m de envergadura es estándar

Si quieres aprovechar mejor los vientos de baja velocidad, puedes plantearte aumentar el numero de palas, con un perfil aerodinámico. Tu curva de rendimiento se desplazaría, pero a altas velocidades los esfuerzos mecánicos seria superiores.
Has visto que offshore ya están en 6Mw?

El mío debe ir despacito y cubrir toda el área, no se si merece la pena.
El generador que he diseñado ahora dá 21MW a 0.3 Hz de barrido y el coste de componentes es de 150 mil euros si lo hago con cobre y un 44% menos si lo bobino con aluminio. Ahora mi problema es hacer las palas.
Me hace falta que me ayude alguien que calcule la pala (lo mío es el electromagnetismo)
Podría hacer funcionar el generador a menos MW (a 15 o menos), pero no me sale y si puede ser me gustaría que fuera aa 20 por lo menos

Creo ya he resuelto el problema de las palas y serán de fibra de carbono. La estructura será de aleación de aluminio. Los rodamientos y guías son de acero inoxidable.

Me salen las siguientes características:


He fallado en principio en reducir el coste del molino de 6MW a menos de 160 mil euros a fin de que pudieran invertir particulares.

Con estos datos veo justificado iniciar el siguiente paso que es la construcción de prototipos

Numero de palas: 32 , 16, 32 , 32 ?????

El cálculo que hice para 16 palas lo metí en medio pues me cuesta mucho las simulaciones y quería ver que tal salía. El coste final y el peso son similares.