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ser un sitio con poco viento y, debido a que las turbinas pequeñas no tienen un ajuste
automático del ángulo de inclinación de aspas, es necesario llevar a cabo un diseño
aerodinámico adecuado de las aspas que permita generar una fuerza de sustentación
suficientemente grande para iniciar con el giro del rotor a bajas velocidades de viento (Wood,
2011; Wright, 2004). El aspa es el componente crítico en el funcionamiento de una turbina
eólica, debe estar diseñada para aprovechar la máxima potencia disponible en el recurso eólico
que actúa sobre ella y resistir las cargas aerodinámicas distribuidas a lo largo de su longitud.
Estas características están relacionadas con la geometría del aspa y la velocidad del viento a la
que queda sujeta (Hamdi et al., 2011; Rajadurai & Thanigaiyarasu, 2009). El contorno
aerodinámico de las aspas está formado en la parte exterior por perfiles aerodinámicos
delgados; longitudinalmente, las aspas se van haciendo estrechas y se van torciendo. El reto de
los diseñadores es por lo tanto ir desde un simple diseño rectangular hasta integrar la forma
aerodinámica, la disminución y la variación del ángulo de torsión a lo largo del aspa, en un
diseño de la estructura de la misma que optimice el uso de los materiales y permita una
producción rentable (Povl et al., 2005).
El rotor es el componente de la turbina eólica que ha tenido un gran desarrollo en años
recientes. Los perfiles aerodinámicos empleados en las aspas de las primeras turbinas eólicas
modernas fueron desarrollados para aviones y no estaban optimizados para ángulos de ataque
mayor, que son frecuentemente comunes en las turbinas eólicas. En la actualidad se ha
comenzado a emplear perfiles aerodinámicos optimizados específicamente para éstas. Algunas
turbinas modernas que emplean estos perfiles operan cercanas al límite de Betz, con un Cp de
0.5 (Hansen, 2008). La optimización aerodinámica de las aspas está asociada con la
optimización de la longitud de la cuerda y la variación del ángulo de recepción del viento a lo
largo del aspa, el número de aspas, la forma del perfil, y el cociente de velocidad de punta
(TSR, por sus siglas en ingles). Con la optimización del aspa se espera alcanzar un coeficiente
de potencia cercano al límite de Betz (Ronit et al, 2012). El coeficiente de potencia de la turbina
depende del ángulo de ataque del viento, ángulo de recepción del viento a lo largo del aspa, y
el ángulo de inclinación del aspa (Rajadurai & Thanigaiyarasu, 2009). La optimización de la
configuración de una turbina es un problema multidisciplinario y complejo. Muchas
consideraciones de diversa naturaleza deben ser hechas y tomadas en cuenta con el fin de
encontrar el diseño óptimo que permita el mejor funcionamiento de la turbina al menor costo. La
optimización de las aspas de turbinas eólicas ha sido el objeto de estudio de investigaciones en
la literatura reciente. Por ejemplo: ECNBOT, 2010; Lee at al., 2007; Malawi and Badr, 2003 y
Mendes y Greiner en el 2006. En estos trabajos se describe procedimientos para determinar la
forma aerodinámica óptima de las aspas del rotor (Charalambos, 2011).
Uno de los parámetros más importante para el funcionamiento de una turbina eólica es el
coeficiente de potencia, Cp, el cual es el cociente entre la energía producida por la turbina y la
energía disponible en el aire que pasa a través del área de barrido de la misma. Este coeficiente
está dado por:
Cp P 1
1/ 2V03R 2
donde: P, es la potencia producida por la turbina, V0, es la velocidad del viento, ρ, es la
densidad del aire y R, es el radio del rotor. La potencia de una turbina depende de su diámetro,
de su velocidad angular (ω), de la velocidad del viento, de la densidad (ρ) y de la viscosidad
cinemática (ν) del aire. Al cociente entre la velocidad tangencial en la punta del aspa y la
velocidad del viento libre se le conoce como relación de velocidad de punta (λ). Este parámetro
es el que controla la aerodinámica del aspa ya que fija el ángulo de ataque a lo largo de la
Innovación & Sustentabilidad Tecnológica ׀Instituto Tecnológico Superior de Misantla ׀Año 1 ׀No. 1 ׀Pag. 112
