Energía eólica

EL EQUILIBRIO MECANICO

Tomemos un motor de impulso representado en la figura 1 por un motor de Combustión interna que para ser mas real corresponde a un FORD FALCON SP221 (221pulgadas cúbicas, o también 3,62 litros). La curva de par, a mariposa del carburador totalmente abierta  está representada por la línea roja identificada con M,  y y supongamos que la máquina accionada es una bomba centrífuga cuya curva de par resistente es la identificada como  M_B.

 Imaginemos que el motor se pone en marcha y que la bomba comienza a girar.  Con el rotor detenido solo es necesario vencer los rozamientos pero a medida que aumenta la velocidad del rotor comenzará a ejercer cierta resistencia. Sin embargo, como M es mayor que M_B existe un ΔM; incremento de par positivo, que permitirá seguir acelerando hasta tanto la curva motora se cruce con la resistente, punto a partir del cual, como M - M_B será negativo [ΔM (-)] la bomba forzosamente estará obligada a girar al número de rpm correspondiente al cruce.   Obsérvese que, a pesar que el equilibrio se logra en ese punto,  la potencia máxima del motor 221 es mucho mayor aunque la bomba impedirá que el motor se siga embalando. A 3120  rpm, por mas que intentemos  acelerarlo ( ya está a mariposa totalmente abierta) no   superará  esa  potencia, 110 HP, aunque tenga resto como para dar casi 140 HP.

Para lograr los 140 HP, o bién deberíamos: 
a)     usar otra bomba 
b)     modificar el caudal 
c)modificar la  relaciónde acoplamiento con la bomba.
Las tres alternativas deberán permitir que la curva de la bomba cambie para alcanzar el punto corte con M, por ejemplo a los 3900 con lo cual a  pesar de que el par es menor, la potencia será 130 HP.

 Hemos agregado además las curvas reales  de par /velocidad de un motor eléctrico de inducción de tres pares de polos, MEZ, 220/380 –50Hz 4HP- 950 rpm, con características muy distintas a las de un motor de combustión interna accionando la misma bomba del caso anterior y que de por si explica el punto de funcionamiento igual que lo hicimos con el 221.Como comentario obsérvese que en este caso el funcionamiento es mas “duro” lo cual significa que apartándose del punto de funcionamiento la diferencia entre el par motor y el resistente, a igualdad de incremento o reducción de velocidad, es mayor en el motor eléctrico con lo cual la respuesta es mas brusca.

Comprender el equilibrio  dinámico explicado significará dirigir la atención hacia el par, inversamente a  lo  que ocurre  con muchas publicaciones que confunden el punto de equilibrio , o lo que es equivalente, acción igual a reacción, con la potencia disponible que nada tiene que ver con el equilibrio. Para hacerlo mas sencillo y conceptual seria lo mismo que confundir la capacidad máxima de la balanza con la cual pesamos un objeto con el peso del objeto propiamente dicho. Parece una verdad de perogrullo, pero es tan habitual esta confusión que conviene repasar esta charla varias veces hasta entender bien los fundamentos. Un amante de los “fierros”, conocido como “tuerca” en el ambiente deportivo sabe que aumentar el diámetro de los neumáticos no conduce precisamente a aumentar la velocidad máxima del automóvil sino por el contrario, se reduce a menos que esa modificación venga acompañada por un cambio en la relación del diferencial, a pesar de que el motor y la caja son los mismos. Obra en mi poder, como testimonio fehaciente de esta errónea interpretación, un ejemplar de “ Wind characteristics” editado por La Universidad de Texas en 1994,(West Texas A & M University ). 235 paginas con mas de 270 citas bibliográficas en donde se comete este imperdonable error.

 Para completar el concepto tomemos el caso real de un alternador de automóvil cuya curva caracteristica se representa en el grafico . Observemos que , a partir de las………               rpm el par baja . La curva del motor de impulso se mantiene casi constante con lo cual a partir de la cresta del par del alternador el funcionamiento se hace inestable, embalandose sin control, a menos que un regulador de velocidad restrinja la entrada de combustible del carburador y el motor trabaje a cuarta o media mariposa.

  Ahora imaginemos el par motor correspondiente a un aerogenerador con palas con pitch variable cuya curva ya hemos visto en para un viento de 6 m/seg y un perfil NACA 6712. Como par resistente hemos tomado un motor asincrónico de inducción tal cual lo utilizado en el 100% de los casos de sistemas “grid connection” ( ver *sistemas acoplados )

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Ing. Enrique O.Nielsen

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