ES2418680A2 - Aerogenerador con eje de rotacion vertical - Google Patents

Aerogenerador con eje de rotacion vertical Download PDF

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Abstract

Aerogenerador con eje de rotación vertical que consta de una pluralidad de alveolos fijos (l02) para la captación omnidireccional del viento, que pueden ser tanto rectos como curvos, y que consta de una pluralidad de alveolos fijos (l03) para la distribución del viento captado, que pueden ser tanto rectos como curvos, y que consta de un rotor eólico (101), preferentemente tripala, de perfil aerodinámico plano convexo, y dispone de un sistema para regular la captación eólica, compuesto por una persiana y elementos rodantes motrices (l05) y un cuadro eléctrico (l04) de protección y control de dicho sistema, y en el que la parte superior del aerogenerador o cámara (1) se sujeta sobre una columna (2).

Description

AEROGENERADOR CON EJE DE ROTACIÓN VERTICAL
de la invención
5 La invención se sitúa en el ámbito de la generación eléctrica por medio de energías renovables, y más concretamente de la maquinaria para aprovechamiento de la energía del viento.
Antecedentes de la invención
En el estado de la técnica son conocidos diferentes tipos de aerogeneradores que normalmente admiten una primera clasificación según la posición horizontal o vertical del eje de giro de la aeroturbina. Un asegunda clasificación se realiza según su principio de funcionamiento se base en fuerzas de arrastre, fuerzas de sustentación, o
15 una mezcla de ambas. Es bien conocido el modelo Darrieus, siendo de eje vertical y principalmente de sustentación; también el modelo Savonius, siendo de eje vertical y de arrastre; así como los modelos monopala, bipala, y tripala construidos mediante perfil aerodinámico, siendo éstos de eje horizontal y principalmente de sustentación.
2 O Se conocen rotores eólicos de eje horizontal que presentan numerosos problemas e inconvenientes, tales como la necesidad de un costoso sistema de giro de las palas para la regulación del rotor, o de un freno mecánico para la parada del rotor, así como la necesidad de tener que pararse cuando los vientos son huracanados, ya que si no se paran se puede producir la rotura de los mismos, al ofrecer éstos una gran resistencia
25 en virtud de su posición horizontal.
Además, la vibración que tienen durante su funcionamiento los rotores de eje horizontal es muy acusada, así como la generación de un ruido elevado, resultando, por otra parte, perjudicial para las aves, además de que generan una contaminación visual
O por la visibilidad del giro del rotor.
Son conocidos los más diversos sistemas de rotores para la configuración de turbinas eólicas, como principal componente para la captación de la energía del viento, y entre ellas las de eje vertical, adoleciendo todas ellas de un escaso rendimiento energético; una parte se enfrenta directamente al viento, independientemente de su naturaleza, y no
5 necesitan orientación; la otra parte se oculta al viento, con lo que no produce.
Generadores eólicos como los citados pueden observarse en los documentos: US1219339; US3743848; US3793530; US3995170; US4115032; US4208168; US4278894; US7083382; ES2364828; ES2180443; ES2209172; ES2336084;
10 PL200550; entre otros.
Estos generadores presentan una problemática que se centra fundamentalmente en los siguientes aspectos:
15 Requieren, los que emplean aeroturbinas mono, bi o tripala de perfil
-
aerodinámico, un complejo sistema de orientación. -Requieren un complejo sistema de frenado ante la presencia de grandes vientos. -Requieren la utilización exclusivamente de vientos laminares.
O -Requieren, los que emplean aeroturbinas mono, bi o tripala de perfil aerodinámico, disponerse a grandes alturas para evitar el rozamiento con el suelo. -Generan gran contaminación visual, por las palas en movimiento, y contaminación acústica.
25 Los que no necesitan sistema de orientación ni de frenado tienen un
-
coeficiente de potencia muy bajo.
El aerogenerador con eje de rotación vertical, que la invención propone, resuelve de forma plenamente satisfactoria la problemática anteriormente expuesta, en todos y 3 O cada uno de los diferentes aspectos comentados.
de la invención
La invención se refiere a un aerogenerador con eje de rotación vertical que dispone fundamentalmente de un rotor eólico, preferentemente tripala de perfil 5 aerodinámico plano convexo, el cual está dispuesto en la parte superior del interior de una cámara, de forma toroidal y por tanto aerodinámica, la cual atenúa el sonido emitido por el giro del rotor eólico y lo direcciona a la parte superior (ya que en el mismo sentido del flujo del viento circula el sonido) y que debido al diseño de la misma, la superficie captadora no cubre todo el perfil lateral, por lo que el viento al
10 incidir sobre la parte cerrada lateral producirá una aspiración del viento que sale de la turbina, por efecto Venturi, mejorando el coeficiente de potencia de la aeroturbina, y porque dicha cámara se dispone sobre el extremo superior de una columna, la cual puede tener la altura que se desee. Es omnidireccional sin necesidad de sistemas de orientación y se mantiene en
15 funcionamiento con altas velocidades de viento, ya que tiene una persiana perimetral de regulación (105), para regular el viento captado. Dispone de unos alvéolos fijos de captación y de distribución, que debido al diseño geométrico de sus contornos y de los contornos de la cámara, reconduce el viento captado convirtiendo el viento captado de régimen turbulento a régimen laminar, ello
2 O es debido a que los alvéolos fijos (102) captan el viento sin modificación de su sección transversal según el eje vertical pero con modificación de su sección transversal (reducción) según el eje horizontal y los alvéolos fijos (103) modifican su sección transversal (reducción) según el eje horizontal y vertical modificando simultáneamente la dirección del viento de componente horizontal a vertical. La superficie de captación de viento viene determinada por el tamaño de la zona de los alvéolos de captación, siendo ésta el producto de su diámetro por la altura, mientras que la superficie de turbinado viene determinada por la superficie de los alvéolos de distribución, siendo ésta el producto de su diámetro por la altura, por lo que puede emplearse un mismo rotor eólico para diferentes tamaños de aerogenerador,
3 O manteniendo los alvéolos de distribución y con diferentes alvéolos de captación, con las ventajas que ello supone en cuanto a economía constructiva, reducción de piezas de repuesto, facilidad de mantenimiento, etc.
El aerogenerador es válido para cubrir todo el rango de potencias, desde 35 unidades de MW hasta centenas o decenas de W.
BREVE DESCRIPCIÓN DE LAS FIGURAS
La figura 1, muestra una vista en alzado, de una realización preferente de un aerogenerador de gran tamaño según la invención.
La figura 2, muestra una vista en alzado, de una realización preferente de un aerogenerador de gran tamaño según la invención, en la cual se ha realizado un corte de la parte superior para poder apreciar los diferentes elementos de su interior.
10 La figura 3, muestra una vista en alzado, de una realización preferente de un aerogenerador de tamaño medio según la invención, en la cual se ha realizado un corte de la parte inferior para poder apreciar los diferentes elementos de su interior.
La figura 4, muestra una vista en alzado, de una realización preferente de un
15 aerogenerador de tamaño pequeño según la invención, en la cual se ha realizado un corte de la parte inferior para poder apreciar los diferentes elementos de su interior.
La figura 5, muestra un corte de la vista en alzado, de la parte superior o cámara, de una realización preferente de un aerogenerador según la invención, en la que se pueden 2 O observar con detalle todos los elementos de su interior.
La figura 6, muestra un corte de la vista en planta, de la parte superior o cámara, de una realización preferente de un aerogenerador según la invención, en la que se pueden observar con detalle los alveolos fijos (rectos) para la captación omnidireccional del
25 viento y para su distribución.
La figura 7, muestra un corte de la vista en planta, de la parte superior o cámara, de otra realización preferente de un aerogenerador según la invención, en la que se pueden observar con detalle los alveolos fijos (curvos) para la captación
3 O omnidireccional del viento y para su distribución. La figura 8, muestra un corte de la vista en alzado, de la parte superior o cámara, de una realización preferente de un aerogenerador según la invención, en la que puede observarse el ascenso de la persiana perimetral de regulación, para la apertura y cierre, de la captación omnidireccional del viento.
La figura 9, muestra una vista en alzado, de la parte superior o cámara, de una realización preferente de un aerogenerador según la invención, en la que puede observarse el ascenso parcial (aprox. el 50%) de la persiana (parte rayada con trama) de regulación, para la apertura y cierre, de la captación omnidireccional del viento.
5 La figura 10, muestra una vista en alzado, de la parte superior o cámara, de una realización preferente de un aerogenerador según la invención, en la que puede observarse el ascenso total (100%) de la persiana (parte rayada con trama) de regulación, por lo que en este caso no hay captación de viento y se está en modo
10 reposo.
La figura 11, muestra una vista en alzado, de la parte supenor o cámara, de una realización preferente de un aerogenerador según la invención, en la que puede observarse el retraimiento total (100%) de la persiana perimetral de regulación, por lo
15 que en este caso hay captación total omnidireccional de viento.
La figura 12, muestra una vista en planta, de la parte superior o cámara, de una realización preferente de un aerogenerador según la invención, en la que puede observarse el rotor eólico tripala, la forma toroidal aerodinámica exterior, y los
2 O alveolos de distribución del viento captado.
La figura 13, muestra un corte de la vista en alzado, de la parte superior o cámara, de una realización preferente de un aerogenerador según la invención, en la que puede apreciarse la captación omnidireccional del viento (perpendicular al plano del papel) y
25 distribución hacia el rotor. La salida del viento una vez turbinado se produce con facilidad, debido al efecto Venturi, que es provocado por el viento que no ha entrado en el captador y recorre el perfil superior de la invención.
La figura 14, muestra una corte de la vista en planta, de la parte superior o cámara, de
3 O una realización preferente de un aerogenerador según la invención, en la que se pueden observar con detalle los alveolos fijos (curvos) para la captación omnidireccional del viento y para su distribución. Se han dibujado las líneas de corriente para un viento procedente del sur de la figura, y se muestra cómo ese viento es captado y distribuido por los alveolos hasta el rotor.
DECRIPCIÓN DE UNA REALIZACIÓN PREFERIDA
En la figura 1, se muestra una vista en alzado, de una realización preferente de un
5 aerogenerador de gran tamaño según la invención, y que es aquélla en que se dispone de una cámara (1), para albergar fundamentalmente los alveolos de captación y distribución, el sistema de regulación de la captación de viento y el rotor, y de una columna (2) para elevar adecuadamente del suelo la cámara. Se ha representado en la parte inferior un perfil humano para poder obtener una adecuada dimensión de las
1 O proporCIOnes.
En la figura 2, se muestra una vista en alzado, de una realización preferente de un aerogenerador de gran tamaño según la invención, en la cual se ha realizado un corte de la parte superior o cámara (1), para poder apreciar los diferentes elementos de su 15 interior. Se puede observar un rotor eólico (101), un eje de giro vertical (106) para la transmisión de potencia mecánica, un multiplicador (107) para la adecuación de la velocidad de giro del rotor eólico y del generador eléctrico, un generador eléctrico
(108) para la conversión de la potencia mecánica en potencia eléctrica, un armario eléctrico (109) para albergar los dispositivos de protección y control eléctricos, un
2 O sistema para regular la captación eólica, compuesto por una persiana perimetral de regulación (105) y un cuadro eléctrico (104) de protección y control de dicho sistema. La parte superior o cámara (1) se sujeta sobre una columna (2). Se ha representado en el interior y en la parte inferior un perfil humano para poder obtener una adecuada dimensión de las proporciones.
La figura 3 muestra una vista en alzado, de una realización preferente de un aerogenerador de tamaño medio según la invención, en la cual se ha realizado un corte de la parte inferior para poder apreciar los diferentes elementos de su interior. Se puede observar un eje de giro vertical (106) para la transmisión de potencia mecánica, un 3 O multiplicador (107) para la adecuación de la velocidad de giro del rotor eólico y del generador eléctrico, un generador eléctrico (108) para la conversión de la potencia mecánica en potencia eléctrica, y un armario eléctrico (109) para albergar los dispositivos de protección y control eléctricos. En la parte superior o cámara (1) se dispone del resto de los elementos enumerados en la descripción de la figura 2. Se ha
representado en la parte exterior un perfil humano para poder obtener una adecuada dimensión de las proporciones.
La figura 4, muestra una vista en alzado, de una realización preferente de un
5 aerogenerador de tamaño pequeño según la invención, en la cual se ha realizado un corte de la parte inferior para poder apreciar los diferentes elementos de su interior. Se puede observar un eje de giro vertical (106) para la transmisión de potencia mecánica, un multiplicador (107) para la adecuación de la velocidad de giro del rotor eólico y del generador eléctrico, un generador eléctrico (108) para la conversión de la potencia
10 mecánica en potencia eléctrica, y un armario eléctrico (109) para albergar los dispositivos de protección y control eléctricos. En la parte superior o cámara (1) se dispone del resto de los elementos enumerados en la descripción de la figura 2. Se ha representado en la parte exterior un perfil humano para poder obtener una adecuada dimensión de las proporciones. Para este tamaño de invención la ubicación idónea
15 puede ser la parte superior de los edificios y de construcciones en general.
La figura 5, muestra un corte de la vista en alzado, de la parte superior o cámara (1), de una realización preferente de un aerogenerador según la invención, en la que se pueden observar diferentes elementos de su interior. Se puede observar un rotor eólico 2 O (101), un eje de giro vertical (106) para la transmisión de potencia mecánica, unos alveolos fijos (102) para realizar la captación eólica, unos alveolos fijos (103), dispuestos sobre una base curva cónica ascendente, para distribuir y direccionar el viento captado hacia el rotor eólico (101), y un sistema para regular la captación eólica, compuesto por una persiana y perimetral de regulación (105) y un cuadro
25 eléctrico (104) de protección y control de dicho sistema.
La figura 6, muestra un corte de la vista en planta, de la parte superior o cámara (1), de una realización preferente de un aerogenerador según la invención, en la que se pueden observar con detalle unos alveolos fijos (rectos) (102) para la captación
3 O omnidireccional del viento y unos alveolos fijos (rectos) (103) para su distribución. La figura 7, muestra un corte de la vista en planta, de la parte superior o cámara (1), de otra realización preferente de un aerogenerador según la invención, en la que se pueden observar con detalle los alveolos fijos (curvos) (102) para la captación omnidireccional del viento y unos alveolos fijos (curvos) (103) para su distribución.
La figura 8, muestra un corte de la vista en alzado, de la parte superior o cámara (1), de una realización preferente de un aerogenerador según la invención, en la que puede observarse el ascenso de la persiana perimetral de regulación (105), para la apertura y cierre, de la captación omnidireccional del viento.
5 La figura 9, muestra una vista en alzado, de la parte superior o cámara (1), de una realización preferente de un aerogenerador según la invención, en la que puede observarse el ascenso parcial (aprox. el 50%) de la persiana perimetral de regulación
(105) (parte rayada con trama) de regulación, para la apertura y cierre, de la captación 10 omnidireccional del viento.
La figura 10, muestra una vista en alzado, de la parte superior o cámara (1), de una realización preferente de un aerogenerador según la invención, en la que puede observarse el ascenso total (100%) de la persiana perimetral de regulación (105) (parte
15 rayada con trama) de regulación, por lo que en este caso no hay captación de viento y se está en modo reposo.
La figura 11, muestra una vista en alzado, de la parte superior o cámara (1), de una realización preferente de un aerogenerador según la invención, en la que puede 2 O observarse el retraimiento total (100%) de la persiana perimetral de regulación, por 10 que en este caso hay captación total omnidireccional de viento.
La figura 12, muestra una vista en planta, de la parte superior o cámara (1), de una realización preferente de un aerogenerador según la invención, en la que puede 25 observarse el rotor eólico tripala (101), la forma toroidal aerodinámica exterior, y los alveolos de distribución del viento captado.
La figura 13, muestra un corte de la vista en alzado, de la parte superior o cámara (1), de una realización preferente de un aerogenerador según la invención, en la que puede
3 O apreciarse la captación omnidireccional del viento (3) (perpendicular al plano del papel) y la distribución hacia el rotor (4). La salida del viento una vez turbinado se produce con facilidad, debido al efecto Venturi, que es provocado por el viento que no ha entrado en el captador y recorre el perfil curvo superior de la invención.
La figura 14, muestra una corte de la vista en planta, de la parte superior o cámara (1), de una realización preferente de un aerogenerador según la invención, en la que se pueden observar con detalle los alveolos fijos (curvos) para la captación omnidireccional del viento y para su distribución. Se han dibujado las líneas de
5 corriente para un viento procedente del sur (3) de la figura, y se muestra cómo ese viento es captado y distribuido por los alveolos fijos hacia la parte inferior del rotor eólico (4).
1. Aerogenerador con eje de rotación vertical del tipo de los que incorporan una
parte superior o cámara (1) que se soporta sobre una columna (2), que
5
incorpora un rotor eólico (101), un eje de giro vertical (106) para la transmisión
de la potencia mecánica captada por el rotor, un multiplicador (107) para la
adecuación de la velocidad de giro del rotor eólico a la de un generador
eléctrico (108), Y también dispone de un armario eléctrico (109) para albergar
los dispositivos de protección y control eléctricos caracterizado porque en la
10
cámara superior consta de una pluralidad de alvéolos fijos (102), que pueden
ser tanto de perfil recto como curvo, que permiten la captación omnidireccional
del viento, ya sea de componente horizontal o inclinada y sea laminar o
turbulento, y porque consta de una pluralidad de alvéolos fijos (103), que
pueden ser tanto de perfil recto como curvo, dispuestos sobre una base curva
15
cónica ascendente, que convierten el viento captado a viento de componente
vertical y lo distribuyen a varias zonas del rotor, permitiendo con ello que el
rotor eólico puede ser de perfil aerodinámico plano convexo, preferentemente
tripala, similar a los habitualmente empleados en aerogeneradores de eje
horizontal.
20
2. Aerogenerador con eje de rotación vertical, según la reivindicación 1,
caracterizado porque debido a su composición de una zona alveolar de
captación, una zona alveolar de distribución, y generador, puede construirse en
diversidad de tamaños con rendimientos aceptables, de pequeñas, medianas y
25
grandes potencias, y porque para cada tamaño de generador los componentes
pueden adaptarse al espacio disponible, como por ejemplo en construcciones
preferenciales para grandes potencias, del orden de centenas de kW o unidades
de MW, en las que el multiplicador (107), el generador (108) y el armario
eléctrico de protección y control (109) se alojan en la parte superior del
3 O
aerogenerador o cámara (1), o en construcciones preferencial es para potencias
medianas, del orden de unidades o decenas de kW, y pequeñas, del orden de
decenas o centenas de W, en las que el multiplicador (107) y el generador (l08)
se alojan en la parte inferior de la columna (2), y el armario eléctrico de
protección y control (109) se ubica preferentemente en el exterior junto a la
35
parte inferior de la columna (2).

Claims (4)

  1. Reivindicaciones
  2. 3.
    Aerogenerador con eje de rotación vertical, según, según la reivindicación 1,
    caracterizado porque la captación omnidireccional de viento se consigue sin
    necesidad de empleo de sistema alguno de orientación, siendo el único
    5
    elemento móvil el rotor eólico, el eje de giro vertical (106), Y el generador,
    todos ellos dentro de la carcasa.
  3. 4.
    Aerogenerador con eje de rotación vertical, según la reivindicación 1,
    caracterizado porque dispone de un sistema para regular la captación eólica,
    10
    compuesto por una persiana perimetral de regulación (105) que puede cerrar la
    captación eólica de O al 100%, por lo que permite funcionar con altas
    velocidades de viento sin necesidad de frenado y sin pérdida aerodinámica por
    exceso de viento.
    15
    5. Aerogenerador con eje de rotación vertical, según la reivindicación 1 o 2,
    caracterizado porque la columna (2) que sustenta la parte superior o cámara
    (1) puede tener la altura que se desee, ya que no hay ningún elemento rotativo
    exterior que pueda rozar con el suelo o con la vegetación actual o futura, por lo
    que su tamaño puede escogerse libremente en función de parámetros eólicos,
    2 O
    económicos, estéticos, o funcionales.
  4. 6.
    Aerogenerador con eje de rotación vertical según la reivindicación 1 o 2,
    caracterizado porque la superficie de captación de viento viene determinada
    por el tamaño de la zona de los alvéolos de captación, tanto su diámetro como
    25
    la altura, mientras que la superficie de turbinado viene determinada por el
    tamaño de los alvéolos de distribución, por lo que puede emplearse un mismo
    rotor eólico para diferentes tamaños de aerogenerador, manteniendo los
    alvéolos de distribución y con diferentes alvéolos de captación, con las ventajas
    que ello supone en cuanto a economía constructiva, reducción de piezas de
    3 O
    repuesto, facilidad de mantenimiento, etc.
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