Tecnología / Guía técnica
Presión dinámica y estática de aerogeneradores y coeficientes
La presión dinámica es una escala relacionada con la velocidad, mientras que la presión estática describe el estado de presión local. Un coeficiente de presión compara una diferencia local con una escala de referencia elegida. Ninguna de estas magnitudes es automáticamente la fuerza total sobre un aerogenerador completo.
Identifique la presión antes de interpretar su valor.
Una cifra de presión adquiere sentido al identificar su referencia, velocidad y posición. Así se distinguen un estado termodinámico, una magnitud de escala aerodinámica y una distribución de cargas superficiales sin confundir sus unidades de presión comunes.
01 / Presión estática
La presión estática sigue siendo una magnitud de estado local.
La presión estática p es la presión asociada al estado local del fluido.
La presión estática p es la presión asociada al estado local del fluido. Puede variar alrededor de un cuerpo porque el flujo cambia con la posición. «Estática» no exige que todo el campo de aire circundante esté inmóvil.
La presión absoluta y las diferencias de presión conservan referencias distintas. Una presión local menos una referencia de corriente libre puede ser positiva o negativa aunque ambas presiones absolutas sean positivas. Mantener explícita esa resta evita interpretar un coeficiente negativo como una presión absoluta imposible.
02 / Escala dinámica
La presión dinámica es una escala de energía por volumen.
La presión dinámica es q = ½ρU² para la densidad y la velocidad especificadas.
La presión dinámica es q = ½ρU² para la densidad y la velocidad especificadas. NASA define esta magnitud como una escala de presión asociada al movimiento del fluido. Sus unidades son kg/m³ multiplicados por m²/s², equivalentes a N/m² o pascales.
Para ρ = 1.2 kg/m³ y U = 10 m/s hipotéticos, q es 60 Pa. Duplicar U sin cambiar la densidad da 240 Pa. La relación cuadrática pertenece a esta escala definida; no establece por sí sola una carga completa de la máquina ni una relación de potencia eléctrica de salida.
03 / Referencia de velocidad
El viento de referencia y el flujo relativo a la pala son distintos.
Un coeficiente de corriente libre puede utilizar una velocidad de referencia aguas arriba, mientras que el cálculo de una sección de pala puede usar la velocidad relativa del aire que ve la sección en movimiento.
Un coeficiente de corriente libre puede utilizar una velocidad de referencia aguas arriba, mientras que el cálculo de una sección de pala puede usar la velocidad relativa del aire que ve la sección en movimiento. Las presiones dinámicas resultantes responden a cuestiones distintas, incluso cuando su fórmula tiene la misma forma.
Un coeficiente de presión y su presión dimensional deben utilizar referencias coherentes de densidad y velocidad. Combinar un coeficiente definido con una velocidad y q calculada con otra suele cambiar la magnitud física reconstruida. La referencia forma parte de la definición; no es una etiqueta decorativa.
04 / Coeficiente de presión
Un coeficiente local conserva la referencia elegida.
Defina Cp = (p − pref)/qref.
Defina Cp = (p − pref)/qref. La documentación PLOTC de NASA indica explícitamente la presión, la densidad y la velocidad de referencia de esta normalización. Este Cp es un coeficiente de presión; las mismas letras pueden designar un coeficiente de potencia del rotor en otro contexto.
Con qref = 60 Pa y p − pref = −30 Pa hipotéticos, Cp es −0.5. Es solo una diferencia local respecto a esa referencia. No indica una presión absoluta negativa ni proporciona un coeficiente de conversión de potencia del rotor.
05 / Distribución de fuerzas
Las presiones de superficie deben conservar la dirección y el área.
La presión actúa en dirección normal a cada elemento local de superficie.
La presión actúa en dirección normal a cada elemento local de superficie. La fuerza neta de presión se obtiene integrando esa distribución con las normales de superficie, mientras que la cizalladura viscosa contribuye por separado. Multiplicar una lectura de presión arbitraria por todo el disco del rotor pierde la geometría local y las contribuciones opuestas.
Un coeficiente de fuerza es otra normalización definida. No se deduce simplemente cambiando el nombre a un Cp de superficie. Una pala puede soportar un campo de presión distribuido que produzca tanto una fuerza resultante como un momento; importan sus ejes y posiciones de referencia.
06 / Límite del modelo
Restar presión estática a presión total requiere supuestos sobre el flujo.
En un flujo estacionario, incompresible y no viscoso, con cambio de altura despreciable y las condiciones de línea de corriente apropiadas, la presión de remanso menos la presión estática es igual a q.
En un flujo estacionario, incompresible y no viscoso, con cambio de altura despreciable y las condiciones de línea de corriente apropiadas, la presión de remanso menos la presión estática es igual a q. La compresibilidad, las pérdidas o las condiciones no estacionarias pueden requerir otra relación; esta igualdad no es una identidad universal de los sensores.
Este artículo no proporciona una distribución de presión ni un límite de carga estructural de MARSTON. Complementa la guía de sustentación y resistencia aclarando las magnitudes de referencia, sin convertir una escala de presión simple en prestaciones del producto.
Guías técnicas relacionadas: Densidad del aire en eólica: temperatura, presión y humedad · Flujo de entrada con rotor desalineado: componentes de velocidad y estela oblicua · Concentración de tensiones en la raíz de pala: magnitudes nominales y locales.
Información general: NASA Glenn: definición y escalado de la presión dinámica · NASA PLOTC: referencias explícitas del coeficiente de presión estática. Estas referencias explican conceptos del sector; son independientes de los documentos aplicables de productos y proyectos MARSTON.
Conceptos y condiciones principales.
Interprete cada magnitud con su referencia, sus unidades y las condiciones indicadas. Una relación general no establece un valor específico de un modelo.
| Concepto / magnitud | Significado / relación | Condiciones / límites |
|---|---|---|
| Presión estática | p en Pa | Importan el estado local y la referencia de presión. |
| Presión dinámica | ½ρU² en Pa | Densidad y velocidad especificadas. |
| Diferencia de presión | p − pref en Pa | Puede ser negativo sin que la presión absoluta sea negativa. |
| Coeficiente de presión | Cp = (p − pref)/qref | No es el coeficiente de potencia del rotor. |
| Fuerza resultante | Integración de superficie | Las normales y las contribuciones viscosas siguen siendo distintas. |
Preguntas de ingeniería.
¿La presión estática solo tiene sentido en aire inmóvil?
No. También es una magnitud de estado local en un flujo en movimiento.
¿Duplicar la velocidad duplica q?
A densidad fija, multiplica q por cuatro.
¿Un Cp negativo implica presión absoluta negativa?
No. Su numerador es una diferencia respecto a una referencia.
¿El Cp de presión y el Cp de potencia son el mismo coeficiente?
No. Los símbolos pueden coincidir, pero las definiciones difieren.
¿Puede multiplicarse una presión local por el área del disco del rotor para obtener la carga total?
En general, no. Deben representarse las cargas superficiales distribuidas y sus direcciones.
¿La presión de remanso menos la estática es siempre q?
Solo bajo las condiciones aplicables de flujo ideal incompresible.
Consulta técnica
Comente la cuestión técnica.
La presión dinámica es una escala relacionada con la velocidad, mientras que la presión estática describe el estado de presión local. Comparta el modelo y la información aplicable de funcionamiento o diseño para una conversación de ingeniería.