Calculadora de potencia eólica: densidad de potencia del viento y energía de un aerogenerador
Calcula la densidad de potencia del viento en W/m², la velocidad a la altura del buje, lo que puede extraer un aerogenerador según el límite de Betz y su energía anual.
Cómo funciona
P/A = ½ × ρ × v³ · v_buje = v_ref × (h_buje ÷ h_ref)^α · P_turbina = C_p × ½ × ρ × A × v³, con C_p ≤ 16/27 = 0.593 (límite de Betz)
La energía cinética que cruza cada metro cuadrado por segundo crece con el cubo de la velocidad del viento, así que la ubicación lo es todo: un sitio con 8 m/s tiene más del doble de potencia que uno con 6 m/s. El viento además se hace más fuerte con la altura siguiendo una ley potencial, y por eso los aerogeneradores tienen torres cada vez más altas. Ninguna turbina puede aprovechar todo: si frenara el aire por completo, este dejaría de fluir. El límite de Betz fija el máximo en 59.3%, y los rotores modernos buenos llegan a 0.45–0.50. La producción anual depende de cómo se reparten las velocidades a lo largo del año, algo que se resume con el factor de capacidad.
Ejemplo resuelto
En un terreno abierto de Oaxaca (α = 0.14) se miden 8 m/s a 10 m de altura. A los 80 m del buje el viento sube a 10.7 m/s y lleva 751 W/m², un sitio sobresaliente. Un rotor de 100 m de diámetro (7,854 m²) recibe 5,899 kW de potencia del viento; con C_p = 0.42 produce unos 2,477 kW y, con un factor de capacidad del 35%, genera 7,596 MWh al año.
Preguntas frecuentes
¿Por qué el coeficiente C_p no puede superar 0.593?
Es el resultado del análisis de Betz: la extracción máxima ocurre cuando el aire detrás del rotor avanza a un tercio de la velocidad del viento libre. Si lo frenas más, pasa menos aire por el rotor y se pierde potencia.
¿Qué factor de capacidad es normal en un parque eólico?
De 25 a 35% en tierra y de 40 a 55% en el mar. Es la relación entre la energía que realmente produce el aerogenerador en un año y la que daría funcionando a plena potencia todo el tiempo.
¿Qué velocidad de viento se necesita para que sea rentable un aerogenerador?
En general se buscan promedios de al menos 6 a 7 m/s a la altura del buje. Como la potencia depende del cubo de la velocidad, pasar de 6 a 7.5 m/s casi duplica la energía disponible.
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Esta calculadora tiene fines informativos. Verifica los resultados importantes antes de tomar decisiones.