la energía cinética del viento

[ZYpp]

Re: la energía cinética del viento

Olvídate del teorema de Kutta-Jowkovsky, te lo mencioné como curiosidad para que veas que la sustentación no sale de esa "fórmula" del libro para pilotos.
Ya te hemos explicado con detalle que hay que tener en cuenta más aire que el que "impacta" contra las palas, porque las palas desvían una gran cantidad de aire. Incluso te he pasado un vídeo donde se ve eso aplicado al ala de un avión. ¿Qué es lo que no entiendes de aquí?

[ZULU99]

Re: la energía cinética del viento

Ya entiendo todo eso de que las palas desvían una cantidad de aire, y lo del ejemplo del palo en el agua, pero ¿todo eso se puede mesurar de alguna manera?,¿ hay alguna fórmula para allar un resultado más o menos creible?, y vuelvo a repetir las palas girando a 19 rpm. a partir de 8 metros a contar desdel el buje, no reciben el aire del mismo modo, ni la misma dirección , ya que esa zona de la pala va más rápidas que él, ahí, en esa parte de las palas no veo el ejemplo del palo en el agua, el viento que recibe la pala en ese lado es el viento relativo, que naturalmente viene de otra dirección que el meteorológico y no entrega par a la pala.

[arivasm]

Re: la energía cinética del viento

Al igual que sucede con el perfil de un ala de avión, la aerodinámica que impone la forma de las palas impone condiciones quizá más importantes que el simple conocimiento de las dimensiones geométricas de las palas. Dicho de otra manera: las características de la capa límite vienen determinadas por la forma (y orientación de las palas). Por otra parte, aunque la conozcamos la solución del problema (resolución de las ecuaciones de Navier-Stokes) es muy complicada y no abordable simplemente con papel y bolígrafo. De hecho, este tipo de problemas se emplea como test de potencia para superordenadores. En resumen, no hay una fórmula en la que poner valores y obtener directamente la potencia que realmente suministra el viento.

[ZYpp]

Re: la energía cinética del viento

Al igual que sucede con el perfil de un ala de avión, la aerodinámica que impone la forma de las palas impone condiciones quizá más importantes que el simple conocimiento de las dimensiones geométricas de las palas. Dicho de otra manera: las características de la capa límite vienen determinadas por la forma (y orientación de las palas). Por otra parte, aunque la conozcamos la solución del problema (resolución de las ecuaciones de Navier-Stokes) es muy complicada y no abordable simplemente con papel y bolígrafo. De hecho, este tipo de problemas se emplea como test de potencia para superordenadores. En resumen, no hay una fórmula en la que poner valores y obtener directamente la potencia que realmente suministra el viento.

Efectivamente, si la mecánica de fluidos fuese tan fácil, los que trabajamos en CFD nos quedaríamos sin trabajo :^D.

Decir que, aún usando ordenadores, las ecuaciones deben simplificarse si se quiere que el ordenador resuelva el problema en un tiempo razonable. De ahí que se use como test para superordenadores: siempre se puede simplificar menos hasta llegar a las propias ecuaciones de Navier-Stokes a pelo.

[ZULU99]

Re: la energía cinética del viento

Conforme, entiendo que no es posible mesurar esos datos con exactitud, sino alguien ya lo habría hecho, pero este tema no lo tienen claro ni los ingenieros de energía eólica. Todo esto ya lo comprendo, pero es que la diferencia en los resultados, utlizando la física actual es tan sumamente grande, que creo que alguién con los conocimientos suficentes pare ello, debería dedicarse un poco a esclarecer este asunto. A lo mejor hay algo más que el viento en esta historia, puede que la energía cinética de las palas, que pesan 4200 Kg. c/u. tenga algo que ver en el asunto, hemos de tener en cuenta que los aerogeneradores, generan más o menos dependiendo de la longitud de sus palas y las rpm. de la turbina... esto es una opinión. Hace poco apareció una noticia en los medios de comunicación referente al Universo, y es que se expandía cada vez a más velocidad, lo daban como hecho comprobado, pero extraño, verdad. La energía cinética, es una energía, a lo mejor no está bien estudiada.

Saludos y gracias a todos por vuestra atención.

[ZYpp]

Re: la energía cinética del viento

Claro que los ingenieros que se dedican a ello lo saben de sobra. De hecho los ingenieros del tema suelen estudiar bastante mecánica de fluidos.
De todas formas, como dicen por ahí: La mecánica de fluidos es la venganza de la naturaleza contra los físicos. Por mucho que se sepa sobre la expansión del Universo y esas cosas, aún no se sabe qué ocurre cuando tiras de la cadena del retrete.
Vamos, que ya hay mucha gente trabajando en el asunto, pero por ahora no se consigue gran cosa (salvo en CFD, donde se avanza cada vez más) y no parece que sea posible en un futuro. De hecho, hacer una teoría "mejor" (u obtener soluciones de la que ya hay) sobre la mecánica de fluidos es uno de los problemas del millón. Hasta la fecha nadie ha resuelto nada al respecto.

[ZULU99]

Re: la energía cinética del viento

No creas que los ingenieros o profesores tienen muy claro el tema. En una ocasión contacté con la Politécnica a traves de e-mail, para consultar el tema con un profersor que tocara este asunto, al exponerle todo lo que ya he expuesto aquí, que las palas en su mayor parte, van a más velocidad que ese viento del que se han de proveer de energía, el buen hombre me dijo que las palas de los aeros, están diseñadas para extraer potencia del viento relativo, como comprenderéis eso es imposible, tendríamos un movimiento contínuo.
Me he metido en dos foros, uno de energía eólica y otro de ingeniería (tema de aeros). En el de energía eólica me contaban también una historia de vientos aparentes y relativos que entragaban par a las palas, eso no es posible. Al final un ingeniero me dijo que no siempre se comprende con exactitud, el funcionamiento de algunas máquinas, y que eso era habitual en ingeniería. Claro está que yo relato mi experiencia, supongo que por ahí habra álguien que sepa descifrar el enigma, pero lamentablemente yo no he dado con él.
Por si hay algún forero que no sabe como actúa un aerogenerador, daré una breve explicación, es una máquina muy grande y aparatosa, pero su funcionamiento es muy simple, es como un ventilador, consta de una turbina y un motor eléctrico (generador asíncrono), digamos que cuando enchufamos a la red el aero, las palas comienzan a girar a unas revoluciones determinadas, en este caso 19 rpm, éstas giran aunque no sople ni una ligera brisa, en esa situación la máquina está consumiendo corriente, de repente se levata un viento de 10 m/s. ese viento impacta o se desliza por las pala y les entrega par, esta energía eólica se transforma en energía mecánica, y ésta a su vez en energía eléctrica a través de generador eléctrico, en ese recorrido se produce algo muy extraño, se multiplica la potencia entregada por el viento de una manera inexplicable. A veces nos obcecamos pensando en una cosa, por ejemplo los fluidos, y a lo mejor la solución está en los sólidos, es una opinión, hay que tener en cuenta que cuando el viento impacta en las palas 4.200 Kg. c/u., éstas ya llevan mucha velocidad y por lo tanto mucha energía cinética acumulada, podría ser que una pequeña parte de esa energía fuera aprovechada, además de la del viento.
Aquí hemos hablado de tres ecuaciones referentes a los fluidos, supongo que los físicos que las hayan inventado habrán hecho las pruebas y comprobaciones pertinentes antes de publicarlas en los libros de física, de todas formas estas fórmulas no pueden dar un resultado exacto y fiable, siempre se han de tener en cuenta rozamientos y otras pérdidas, pero es que aquí el resultado real triplica al teórico y sin contar rozamientos ni otras pérdidas.

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No creas que los ingenieros o profesores tienen muy claro el tema. En una ocasión contacté con la Politécnica a traves de e-mail, para consultar el tema con un profersor que tocara este asunto, al exponerle todo lo que ya he expuesto aquí, que las palas en su mayor parte, van a más velocidad que ese viento del que se han de proveer de energía, el buen hombre me dijo que las palas de los aeros, están diseñadas para extraer potencia del viento relativo, como comprenderéis eso es imposible, tendríamos un movimiento contínuo.
Me he metido en dos foros, uno de energía eólica y otro de ingeniería (tema de aeros). En el de energía eólica me contaban también una historia de vientos aparentes y relativos que entragaban par a las palas, eso no es posible. Al final un ingeniero me dijo que no siempre se comprende con exactitud, el funcionamiento de algunas máquinas, y que eso era habitual en ingeniería. Claro está que yo relato mi experiencia, supongo que por ahí habra álguien que sepa descifrar el enigma, pero lamentablemente yo no he dado con él.
Por si hay algún forero que no sabe como actúa un aerogenerador, daré una breve explicación, es una máquina muy grande y aparatosa, pero su funcionamiento es muy simple, es como un ventilador, consta de una turbina y un motor eléctrico (generador asíncrono), digamos que cuando enchufamos a la red el aero, las palas comienzan a girar a unas revoluciones determinadas, en este caso 19 rpm, éstas giran aunque no sople ni una ligera brisa, en esa situación la máquina está consumiendo corriente, de repente se levata un viento de 10 m/s. ese viento impacta o se desliza por las pala y les entrega par, esta energía eólica se transforma en energía mecánica, y ésta a su vez en energía eléctrica a través de generador eléctrico, en ese recorrido se produce algo muy extraño, se multiplica la potencia entregada por el viento de una manera inexplicable. A veces nos obcecamos pensando en una cosa, por ejemplo los fluidos, y a lo mejor la solución está en los sólidos, es una opinión, hay que tener en cuenta que cuando el viento impacta en las palas 4.200 Kg. c/u., éstas ya llevan mucha velocidad y por lo tanto mucha energía cinética acumulada, podría ser que una pequeña parte de esa energía fuera aprovechada, además de la del viento.
Aquí hemos hablado de tres ecuaciones referentes a los fluidos, supongo que los físicos que las hayan inventado habrán hecho las pruebas y comprobaciones pertinentes antes de publicarlas en los libros de física, de todas formas estas fórmulas no pueden dar un resultado exacto y fiable, siempre se han de tener en cuenta rozamientos y otras pérdidas, pero es que aquí el resultado real triplica al teórico y sin contar rozamientos ni otras pérdidas.

- - - Actualizado - - -

No creas que los ingenieros o profesores tienen muy claro el tema. En una ocasión contacté con la Politécnica atraves de e-mail, para consultar el tema con un profersor que tocara este asunto, al exponerle todo lo que ya he expuesto aquí, que las palas en su mayor parte, van a más velocidad que ese viento del que se han de proveer de energía, el buen hombre me dijo que las palas de los aeros, están diseñadas para extraer potencia del viento relativo, como comprenderéis eso es imposible, tendríamos un movimiento contínuo.
Me he metido en dos foros, uno de energía eólica y otro de ingeniería (tema de aeros). En el de energía eólica me contaban también una historia de vientos aparentes y relativos, que entragaban par a las palas, eso no es posible. Al final un ingeniero me dijo que no siempre se comprende con exactitud, el funcionamiento de algunas máquinas, y que eso era habitual en ingeniería. Claro está que yo relato mi experiencia, supongo que por ahí habra álguien que sepa descifrar el enigma, pero lamentablemente yo no he dado con él.
Por si hay algún forero que no sabe como actúa un aerogenerador, daré una breve explicación, es una máquina muy grande y aparatosa, pero su funcionamiento es muy simple, es como un ventilador, consta de una turbina y un motor eléctrico (generador asíncrono), digamos que cuando enchufamos a la red el aero, las palas comienzan a girar a unas revoluciones determinadas, en este caso 19 rpm, éstas giran aunque no sople ni una ligera brisa, en esa situación la máquina está consumiendo corriente, de repente se levata un viento de 110 m/s. ese viento impacta o se desliza por las pala y les entrega par, esta energía eólica se transforma en energía mecánica, y ésta a su vez en energía eléctrica a través de generador eléctrico, en ese recorrido se produce algo muy extraño, se multiplica la potencia entregada por el viento de una manera inexplicable. A veces nos obcecamos pensando en una cosa, por ejemplo los fluidos, y a lo mejor la solución está en los sólidos, es una opinión, hay que tener en cuenta que cuando el viento impacta en las palas 4.200 Kg. c/u., estas ya llevan mucha velocidad y por lo tanto mucha energía cinética acumulada.
Aquí hemos hablado de tres ecuaciones referentes a los fluidos, supongo que los físicos que las hayan inventado habrán hecho las pruebas y comprobaciones pertinentes antes de publicarlas en los libros de física, de todas formas estas fórmulas no pueden dar un resultado exacto y fiable, siempre se han de tener en cuenta rozamientos y otras pérdidas, pero es que aquí el resultado real triplica al teórico y sin contar rozamientos ni otras pérdidas.

[ZYpp]

Re: la energía cinética del viento

Es que eso de que sólo aprovechan la energía del viento relativo es verdad. Un ejemplo evidente es un avión: El avión vuela aunque no exista ningún tipo de viento real, sin embargo el viento relativo al avión es muy grande (en realidad lo que se mueve es el avión, no el aire). Lo mismo ocurre con una turbina, incluido el aerogenerador: Simplificando, si las palas están paradas y existe un cierto viento, éstas empezarán a moverse hasta que su velocidad se compense con la velocidad del viento.

Al final resulta que más o menos todos los ingenieros te lo dijeron bien y el único que te lo dijo mal fue el que comentó que los ingenieros no saben cómo funcionan las máquinas que diseñan. Lamentablemente fuiste a hacerle caso a este último.

Las ecuaciones de la mecánica de fluidos describen con precisión casi absoluta cualquier fenómeno que sea estudiable por la mecánica de fluidos, es decir, mientras se cumplan ciertas condiciones. En el caso de los aerogeneradores, se cumplen perfectamente.

[arivasm]

Re: la energía cinética del viento

Sólo haré un comentario a lo que dice ZULU99 cuando menciona que debido a la rotación hay puntos de las palas que se mueven más rápido que el viento, pues entiendo que eso no es problema para que capten energía.

La velocidad relativa entre dos puntos se determina restando los vectores velocidad. En nuestro caso, si nos centramos en la posibilidad más sencilla, de que el viento incida sobre el aerogenerador en la dirección del eje de giro, la velocidad de los puntos de la pala será perpendicular a la del viento. Por tanto, si el módulo de la primera es $r\omega$ y el de la segunda es $v_v$, la velocidad relativa es $\sqrt{r^2\omega^2+v_v^2}$. Es decir, la velocidad relativa del viento aumenta con r, esto es, a medida que nos alejamos del eje de giro. En consecuencia, en igualdad de condiciones (de superficie, forma y orientación) los puntos exteriores de la pala recogerán más potencia que los interiores. Quizá eso sea lo que justifique el adelgazamiento de las palas al avanzar desde el eje.

Asimismo, cuando anteriormente hice mis burdas estimaciones de potencia, para nada tuve en cuenta este hecho, que muy bien puede justificar el aumento respecto del simple cálculo que proporciona la expresión usual para la potencia del viento y el uso del límite de Betz.

[ZULU99]

Re: la energía cinética del viento

Estamos hablando de un desfase en la generación de energía del orden de tres o cuatro veces más de lo que dicen los libros. Si consideramos que esa energía la entrega el viento relativo, como en los aviones, tendríamos una máquina que genera más de lo que consume para funcionar, y como todos sabemos eso no es posible. La máquina girando a 19 rpm. y sin viento meteorológico estaría generando mucha energía, las palas en su parte final van a mucha velocidad, no se si me explico bien. Además tenemos que considerar, que la fuerza de sustentación es perpendicular a la cuerda aerodinámica, por lo que la pala se doblaría hacia atrás, o hacia delante, según sea el sentido de giro y posición aerodinámica de éstas.

[ZULU99]

Re: la energía cinética del viento

Quiero exponer una idea o hipótesis sobre el tema, os agradecería que me dijérais si lo que expxongo a continuación es una tontería o insensatez:

Como ya he explicado anteriormente, las palas del aerogenerador van a 19 rpm. según el fabricante, esto quiere decir que en ausencia de viento meteorológico las palas giran a esa velocidad, ¿que pasa si de repente se levanta un viento de 20 m/s. (72 Km.h.),? pués que las palas las veremos girando a la misma velocidad, no aumenta ésta, en realidad si aumenta un poquitín, pero es imperceptible al ojo humano. Que pasa, pues que el generador eléctrico las frena y absorbe esa potencia o energía cinética que llevarían las palas si estubieran libres. Ahora bien, ¿se puede calcular a cuantas revoluciones se pondrían esas palas, si no fuesen frenadas por generador eléctrico?, (Cada pala pesa 4200 Kg., 30 m. longitud a 19 rpm, lleva una energhía cinética de 3.723300 J. por pala), lógicamente esa energía no es entregada, pués las palas siempre están girando, haya viento o nó.

Imaginemonos que las palas están libres y no son frenadas por nada, imaginémonos también que al no estar frenadas, se ponen a una velocidad de rotación de 25 rpm, en cuyo caso la energía cinética de rotación sería muy superior a la que ya he puesto antes y corresponde a 19 rpm. ¿Podría ser que parte de esa energía correspondiente a las 7 rpm. de diferencia , la absorviera el generador y por eso ese reultado tan extraño?.
No se si me he explicado bien, pero bueno como ya he dicho antes es tan solo una idea, vosotros sabréis mejor que yo si es factible o no.

[ZULU99]

Re: la energía cinética del viento

Bueno veo que este tema no interesa mucho, agradezco vuestros amenos e interesantes comentarios, pero me temo que no hemos sacado nada en claro, pero no os preocupéis por ello, nadie absolutamente nadie ha podido aclarar nada al respecto.

Saludos,

[ZYpp]

Re: la energía cinética del viento

Bueno veo que este tema no interesa mucho, agradezco vuestros amenos e interesantes comentarios, pero me temo que no hemos sacado nada en claro, pero no os preocupéis por ello, nadie absolutamente nadie ha podido aclarar nada al respecto.

Saludos,

No te equivoques, te hemos explicado detalladamente el funcionamiento y la complejidad que conlleva resolver el campo de velocidades del aire que, casi con total seguridad, es imposible de obtener salvo por métodos puramente numéricos. Otra cosa es que sigas obcecado con lo tuyo.

Saludos.

[ZULU99]

Re: la energía cinética del viento

No te equivoques, te hemos explicado detalladamente el funcionamiento y la complejidad que conlleva resolver el campo de velocidades del aire que, casi con total seguridad, es imposible de obtener salvo por métodos puramente numéricos. Otra cosa es que sigas obcecado con lo tuyo.

Saludos.

No es cuestión de que me obceque con el asunto, simplemento espero de los que saben más que yo, me den una explicación lógica y entendible. Que yo sepa el único viento que entrega "par" a las palas de un aero, es el meteorológico, el relativo ya hemos visto que no puede entregar "par", hemos utilizado todas las ecuaciones que existen en física para mesurar las potencias eólicas, los resultados ni se aproximan, vamos que no tienen nada que ver con lo que dan las máquinas y la respuesta que tengo al respecto hace referencia "a la complejidad que conlleva resolver el campo de velocidades del aire", bueno pués está muy bien. Gracias.