05 1 Aerodinamica - Perfiles -...
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Energías RenovablesPerfiles aerodinámicos
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V∞R
D
L Fuerzas sobre cuerpo romo:
• D ≥ L• D ↑ ↑
V∞
R
D
LFuerzas sobre superficie sustentadora:
• L >> D en condiciones diseño• D ↓ ↓
• Perfil avión/ Gran aerogenerador: L/D ≥ 120
• Aerogenerador pequeño autónomo:L/D ≈ 30
• Aerobomba pistón:L/D ≈ 10
Fuerzas sobre superficies
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• Distribución de presiones como principal contribución agran sustentación (L/D >>1).
• Necesidad introducir asimetrías entre parte superior e inferior• Curvatura• Ángulo Ataque.
• Necesidad de mantener el flujo adherido a superficie• Necesidad fuselar para reducir gradientes adversos
El fuselado además reduce mucho D al evitar el desprendimiento,permitiendo alcanzar L/D >> 1.
Sustentación
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La superficie sustentadora compuesta de perfiles bidimensionales
Superficies sustentadoras
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Superficies sustentadoras
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Superficies sustentadoras
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Superficies sustentadoras
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Superficies sustentadoras
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Además, el uso de superficies sustentadoras reduce el tamaño y déficit energéticode las estelas, reduciendo pérdidas en un parque eólico
Superficies sustentadoras
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• Desarrollo superficies sustentadores eficientes
• Gran cantidad aplicaciones técnicas quehan visto la luz o aumentado su eficiencia:
• Aviones• Helicópteros• Turboreactores• Turbocompresores• Turboacoplamientos• Turbinas de vapor• Turbinas de gas• Turbinas hidráulicas• Aerogeneradores
Superficies sustentadoras
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Aplicaciones superficies sustentadoras
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RR Trent
J85
Aplicaciones superficies sustentadoras
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Aplicaciones superficies sustentadoras
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Titan 130 GS
Aplicaciones superficies sustentadoras
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Aplicaciones superficies sustentadoras
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Geometría superficies sustentadoras
NACA (National Advisory Comittee for Aeronautics)
NACA xyzzx = curvatura máxima (% de c)y = localización curvatura máxima (10 x % de c)zz = espesor / cuerda (%)espesor máximo a 30% de la cuerda
NACA xyyzzx = CL / 0,15yy = localización curvatura máxima (% de c) zz = espesor / cuerda (%)espesor máximo a 30% de la cuerda
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• Coeficiente sustentación:
• Coeficiente resistencia:
• Eficiencia aerodinámica: cL/c
D
cV21
Lc
2r
L⋅⋅ρ⋅
=
cV21
Dc
2r
D⋅⋅ρ⋅
=
Caracterización superficies sustentadoras
α
ρµ
= forma,ck
,,cV
fcr
L
α
ρµ
= forma,ck
,,cV
fcr
D
( )forma,fcL α≈
( )forma,fcD α=
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En aplicaciones convencionales se emplean con α < αpérdida
Caracterización superficies sustentadoras
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Caracterización superficies sustentadoras
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1
1
NACA 0009
Caracterización superficies sustentadoras
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Perfil Laminar
Caracterización superficies sustentadoras
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Caracterización superficies sustentadoras
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A elevados ángulos de ataque se desprende las corriente y se pierden características superficiesustentadora (L/D >> 1)
Entrada en pérdida (Stall)
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Entrada en pérdida (Stall)
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El perfil aerodinámico en un aerogenerador
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NACA 4415 Re = 5.105
c
b
A
bAR
p
==2
cb
Ab
ARp
2==
Polares extendidas
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Alerones
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Hipersustentación
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El rotor eólico actúa en ambiente más sucio que otras aplicaciones
Efecto del ensuciamiento de la pala por polvo, suciedad, e insectosen las actuaciones de un pequeño HAWT (D = 10 m)
FX 84-W-151• Lisa: cL/cD = 165• Rugosa: cL/cD = 63
LS(1)-0415 MOD:• Lisa: cL/cD = 113• Rugosa: cL/cD = 78
Pérdida actuaciones por ensuciamiento
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Pérdida punta de pala
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• cL,max muy sensible a rugosidad• Actuaciones caen muy rápido con espesor
• Los mejores de serie NACA paraaerogeneradores
• Muy usados en aerogeneradores
• Desarrollado para baja sensibilidad arugosidad.
• Grandes pérdidas por rugosidad en lasmáquinas que lo han implementado.
• Empleado en VAWT
Perfiles aviación para eólica
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• εεεε/c :• Baja sensibilidad a cambios en rugosidad• Buen comportamiento con superficie rugosa• Sensibilidad creciente: NASA LS-1-Mod , NACA 44xx , NACA 230xx• Ángulo salida negativo en intradós reduce sensibilidad• Afecta más a las de paso fijo por anticipar desprendimiento• Máquinas grandes menos afectadas por ambiente más limpio y c ↑
• cL/cD :• Maximizar ⇒ Gran efecto sobre Cp
• cL,max :• Pequeña dependencia rugosidad, para evitar picos potencia• Un valor crítico a partir del cual la producción energética ya no se ve afectada
Características adecuadas perfil eólica
• cm :• Pequeño (torsión, mecanismo cambio paso)
• t/c :• Rigidez estructural• Perfil grueso Aumentar espesor por intradós menos sensible.
• ΩΩΩΩ = cte• Rango amplio de α manteniendo cL/cD elevado
• λλλλ = cte• Perfiles de mayor cL/cD en menor rango α
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t/c = 0.135
Perfiles eólica pequeña potencia
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86
70
85
90
cL/cD para cL = 0,7 cm (α=0)cD,mincL,maxt/c (%)Perfil
-0.100.0081.513.0LS(1)-04013 Mod
-0.010.0091.312.0NACA 23012
-0.080.0091.415.0NACA 4415
-0.050.0071.213.5SERI S805A
Perfiles eólica. Comparación con convencionales
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t/c = 0.21
Mayor región laminar para mantener cD bajo con t/c mayor
Perfiles eólica media potencia
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Perfiles eólica gran potencia
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Perfiles limpios
Perfiles sucios
Comparación perfiles aviación / eólica