ES2862156T3 - Estructura de redireccionamiento de fluidos - Google Patents

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Abstract

Una estructura de redireccionamiento de fluidos que comprende: un cuerpo rígido (602, 702) que tiene un extremo aguas arriba (602U, 702U, 902U), un extremo aguas abajo (602D, 702D, 902D), y un eje de rotación (R), el cuerpo rígido (602, 702) incorpora una pluralidad de canales (604A, 604B, 604C, 704A, 704B, 704C, 804A, 804B, 804C, 904A, 904B, 904C, 1004A, 1004B, 1004C) cada uno en espiral desde una punta (606, 706, 906) en el extremo aguas arriba (602U, 702U, 902U) hasta el extremo aguas abajo (602D, 702D, 902D) alrededor del eje de rotación (R), los canales (604A, 604B, 604C, 704A, 704B, 704C, 804A, 804B, 804C, 904A, 904B, 904C, 1004A, 1004B, 1004C) que se extienden progresivamente de forma parabólica con respecto al eje de rotación (R) de esta manera para, cerca del extremo aguas abajo (602D, 702D, 902D), dirigir el fluido incidente a lo largo de los canales (604A, 604B, 604C, 704A, 704B, 704C, 804A, 804B, 804C, 904A, 904B, 904C, 1004A, 1004B, 1004C) lejos del eje de rotación (R), en donde la estructura de redireccionamiento de fluidos (600, 700, 800, 900, 1000) se une, cuando está en uso, a una turbina (15) alrededor de su eje central y comprende tres canales (604A, 604B, 604C, 704A, 704B, 704C, 804A, 804B, 804C, 904A, 904B, 904C, 1004A, 1004B, 1004C), de manera que cada uno de estos canales (604A, 604B, 604C, 704A, 704B, 704C, 804A, 804B, 804C, 904A, 904B, 904C, 1004A, 1004B, 1004C) en su sección aguas abajo se alinean con una porción del perfil aerodinámico que produce energía en contra del viento de una pala del rotor respectiva (400) de dicha turbina (15), llegar muy cerca del borde delantero de esta pala (400), creando un espacio (1043) entre esta porción más exterior del extremo aguas abajo (1002D) del dispositivo de redireccionamiento de fluidos (1000) y la pala (400).

Description

DESCRIPCIÓN
Estructura de redireccionamiento de fluidos
Referencia Cruzada a Solicitud Relacionada
La presente solicitud reivindica la prioridad bajo 35 U.S.C. 119(e) de la solicitud de patente provisional de los Estados Unidos con número de serie 62/033,331 presentada el 5 de agosto de 2014.
Campo de la invención
La presente invención se refiere generalmente a turbinas y hélices, y más particularmente a una estructura de redireccionamiento de fluidos para una turbina o una hélice.
Antecedentes de la invención
Las turbinas eólicas de eje horizontal para generar electricidad a partir del movimiento de rotación se componen generalmente de una o más palas de rotor cada una de las cuales tiene un cuerpo aerodinámico que se extiende hacia fuera desde un eje horizontal que se soporta mediante, una góndola de turbina eólica, y gira dentro de ella. Las palas del rotor son ejemplos de estructuras adaptadas para atravesar un entorno fluido, donde el entorno es principalmente aire ambiente. La góndola se soporta sobre una torre que se extiende desde el suelo u otra superficie. El viento que incide en las palas del rotor aplica presión provocando que las palas del rotor se muevan al girar el eje desde el cual se extienden alrededor del eje de rotación horizontal del eje. El eje, a su vez, se asocia a un generador de electricidad el cual, como es bien conocido, convierte el movimiento de rotación del eje en corriente eléctrica para su transmisión, almacenamiento y/o uso inmediato. Las turbinas eólicas de eje horizontal son generalmente muy conocidas y comprendidas, aunque son convenientes mejoras en su operación para mejorar la eficiencia de la conversión de energía y sus características operativas generales.
El viento incidente a velocidades incluso bajas puede provocar que las palas del rotor giren muy rápidamente. Como se entenderá bien, para una velocidad de rotación dada, la velocidad lineal de una pala del rotor es más baja en la región de su encastre - la porción de la pala del rotor cerca del eje. De manera similar, la velocidad lineal de la pala del rotor es más alta en la región de la punta de su ala - la porción de la pala del rotor distal del eje. Particularmente a velocidades lineales más altas, los aspectos de la pala del rotor pueden generar un ruido aeroacústico significativo cuando la pala del rotor "corta" rápidamente el aire a lo largo de su trayectoria de rotación. Este ruido puede ser bastante incómodo de presenciar para las personas y los animales de los alrededores. Sin embargo, el ruido también puede ser un indicador de que la operación no es eficiente, y la velocidad máxima de la punta del ala en realidad se puede limitar por tales ineficiencias.
Las turbinas eólicas de eje horizontal se componen de al menos dos y típicamente tres palas de rotor. Se considera que la trayectoria de barrido total de la(s) pala(s) del rotor es la medida de la energía cinética total disponible para la turbina eólica en ese plano. Las tecnologías eólicas actuales son capaces de extraer solo una fracción de la energía cinética del viento incidente. El valor teórico máximo de la extracción de energía cinética del viento - el cual se conoce como Límite de Betz - se demostró en 1919 por Albert Betz de acuerdo con un principio conocido como ley de Betz. De acuerdo con la ley de Betz, el coeficiente máximo de rendimiento (Cp) en la extracción de energía cinética del viento, el Límite de Betz, es del 59,3 %.
Las tecnologías eólicas actuales tienen, en realidad, un Cp mucho más bajo que el Límite de Betz. La eficiencia de las turbinas eólicas ha aumentado en los últimos años, principalmente gracias a los avances en los diseños de palas de rotor. Sin embargo, algunas investigaciones incipientes han comenzado a explorar la utilización del viento incidente en la porción del cubo central frente al plano del recorrido de las palas del rotor para mejorar la eficiencia y el rendimiento y disminuir las emisiones de ruido.
La porción frente al cubo central donde se une(n) la(s) pala(s) del rotor se puede o no recubrir por un cono de nariz. El cono de nariz actúa comúnmente como un escudo protector para el cubo de una turbina eólica. Hasta la fecha, los conos de nariz no se configuran generalmente para ayudar a girar al eje de la turbina eólica o para actuar de alguna manera para producir energía. Con este fin, es de conocimiento común que la trayectoria de barrido total de la(s) pala(s) del rotor se considera que es la medida de la posible energía cinética disponible para la turbina eólica en ese plano y que la energía cinética del viento en aguas arriba del cubo de la turbina eólica se infrautiliza actualmente. La Solicitud de Patente Europea con número de serie EP2592265 de Orbrecht y otros describe un molinete que produce energía para una turbina eólica. Esta solicitud describe un área para la extensión del perfil aerodinámico sobre el área del encastre de la(s) pala(s) del rotor, que conecta a la región del cubo y una porción del perfil aerodinámico contra el viento dispuesto contra el viento de una porción interior de cada pala de la turbina eólica; la turbina eólica que tiene una pluralidad de palas interconectadas alrededor de un eje de rotación mediante un cubo. La solicitud de patente describe además la capacidad del molinete generador de energía para aumentar la eficiencia de la turbina eólica que aumenta una inducción axial al aire que fluye sobre el molinete generador de energía y que dirige un flujo de aire hacia fuera de borda a regiones aerodinámicamente útiles de las palas.
La Patente de los Estados Unidos con número de serie 8,287,243 de Herr y otros describe un molinete de una turbina eólica. El flujo de aire en una sección del rotor interior puede pasar por el rotor de la turbina eólica sin que se use para la producción de energía. Un molinete cilíndrico desvía el viento alrededor de del/de los encastre(s) de la(s) pala(s) del rotor para que haya un aumento en la eficiencia de una turbina eólica existente.
El control de la guiñada de una turbina eólica es importante para mantener la máxima eficiencia, al contener el viento incidente a aproximadamente 90 grados de la rotación de las palas del rotor. Actualmente, esto se logra a través de sistemas activos que residen en la base de la góndola en el punto de conexión con la torre, como en las Patentes de los Estados Unidos con números de serie 7,944,070 de Rosenvard y otros y 8,899,920 de Anderson. Estos sistemas activos se controlan mediante sensores situados en el exterior de la góndola en la porción trasera de la primera incidencia de viento. Por lo tanto, estos sensores reciben información sobre las condiciones del viento, sobre todo la velocidad y la dirección, después de que el viento pasó por las palas del rotor. Como tal, existe un retraso en la información de velocidad y dirección del viento al sistema de guiñada activo en la base de la góndola.
La Publicación de Solicitud de la Patente Europea con número de serie EP 2048507 de LeClair y otros describe sensores situados en la parte frontal de un cono de nariz. Sin embargo, los sensores envían su información a un sistema activo de motores y engranajes que no son capaces de mover activamente la turbina de manera que se generan eficiencias máximas sin un lazo de retroalimentación y un retraso subsecuente. Además, estos sistemas requieren de manera similar energía eléctrica para operar. El documento US 2011/176920 A1 describe un rotor de un sistema de conversión de energía eólica con efecto de tubo Venturi. Todas las palas montadas sobre el asiento de montaje de las palas se envuelven juntas para formar una turbina de jaula de cuerpo giratorio. La turbina de jaula forma un tubo Venturi dinámico durante el proceso giratorio, con el cual la pala gira para constituir su pared de tubo de contorno con la permeabilidad al aire. La corriente de aire pasa a través de una ventana entre las palas, y el viento entrante realiza trabajo hacia la pala durante el proceso de permear desde el espacio externo al espacio interno de esta pared del tubo de contorno, realizando así la transferencia de energía.
El documento US 2011/311363 A1 describe un dispositivo de hélice con al menos una pala que se extiende desde un punto de inicio y longitudinalmente a lo largo de un eje central y que se aproxima a la forma de una espiral alrededor de dicho eje central. La pala comprende un punto de inicio dispuesto a una primera distancia lateral del eje central y un punto de terminación dispuesto a una segunda distancia lateral del eje central, siendo la segunda distancia mayor que la primera distancia.
El documento US 2,472,357 describe cuerpos móviles adaptados para viajar a través de medios fluidos, tales como aeronaves, embarcaciones marinas y similares. Este documento describe una pieza frontal, que comprende un miembro sustancialmente cónico.
El documento US 2012/128475 A1 describe un difusor para una turbina eólica donde las ranuras en dicha pared del difusor arrastran aire para entrar en el difusor con un remolino que es contrario al remolino interno creado como reacción a la rotación de las palas de la turbina a medida que extrae energía de manera que el remolino interno y el remolino introducido externamente se cruzan entre sí provocando de esta manera vórtices entre ellos que energizan el flujo interno y ayudan a evitar que se separe de la pared interna del conducto.
El documento GB 2369 161A describe un molinete para una hélice que comprende un cuerpo central, desde cuya superficie se proyectan una serie de palas impulsoras que energizan el flujo que se extienden helicoidalmente. El molinete gira coaxialmente con la hélice y se monta delante de un motor. Los pasajes definidos por una serie de placas deflectoras proporcionan aspiración del motor, enfriamiento eficiente y reducción del ruido del motor. El molinete puede usarse en motores de turbina de gas y de pistón, y también en otras embarcaciones que empleen hélices o palas giratorias.
Los documentos WO 2009/018666 A1 y US 2012/051916 A1 también describen estructuras de redireccionamiento de fluidos de acuerdo con la técnica anterior.
Los conos de nariz tradicionales se unen al cubo a través de un molinete. Luego el molinete se puede unir al cubo a través de varios métodos que incluyen puntales y que tiene su forma envuelva alrededor de del/de los encastre(s) de la(s) pala(s) del rotor para asegurarla en su lugar. La mayoría de estos métodos requieren que las palas no estén presentes para la unión del molinete, lo cual puede estar bien para ensamblar una nueva turbina eólica pero puede llevar mucho tiempo y ser costoso para readaptar una turbina en operación.
Es bien conocido que los cubos y las góndolas de una turbina eólica requieren ventilación debido al calor que se crea dentro de ellos. Se conocen muchas técnicas para ventilar el aire dentro de estas estructuras.
También se conoce que las texturas superficiales mejoran el flujo laminar sobre los objetos. Estas texturas son a menudo autosimilares y de naturaleza repetitiva. Estas pueden empotrarse en el encofrado, o sobresalir del encofrado, y/o también pueden ser canales en forma de U o en forma de V que se desvían o zigzaguean de manera beneficiosa, o generadores de vórtice que se extienden fuera del encofrado.
Resumen de la Invención
De acuerdo con un aspecto, se proporciona una estructura de redireccionamiento de fluidos de acuerdo con la reivindicación 1, que comprende un cuerpo rígido que tiene un extremo aguas arriba, un extremo aguas abajo y un eje de rotación, el cuerpo rígido que incorpora una pluralidad de canales cada uno en espiral desde una punta en el extremo aguas arriba hasta el extremo aguas abajo alrededor del eje de rotación, los canales se extienden con respecto al eje de rotación de esta manera para, cerca del extremo aguas abajo, dirigir el fluido incidente a lo largo de los canales lejos del eje de rotación.
La estructura de redireccionamiento de fluidos descrita en el presente documento se puede integrar completamente, o adaptar y unir a, una estructura de cubo de una turbina tal como una turbina eólica de eje horizontal, en la posición central de esta manera para reemplazar un cono de nariz existente.
La estructura de redireccionamiento de fluidos, cuando se asocia con una turbina eólica, enfrenta el viento incidente que fluye desde una ubicación aguas arriba hacia una ubicación aguas abajo, recibe el viento, y gira en respuesta al flujo del viento incidente al unísono con las palas del rotor de la turbina eólica a medida que el viento incidente empuja contra y a través de los canales en su trayectoria desde el extremo aguas arriba hasta el extremo aguas abajo. Además, la estructura de redireccionamiento de fluidos dirige el viento incidente que alcanza el extremo aguas abajo de los canales hacia fuera y a lo largo de los canales en una dirección sustancialmente normal al eje de rotación y de esta manera a lo largo de la superficie frontal de una respectiva pala del rotor de la turbina eólica. La porción del canal en el extremo aguas abajo de la estructura de redireccionamiento de fluidos se alinea generalmente con una porción de la pala del rotor que produce energía en contra del viento, y en modalidades como la pala del rotor puede asumir la forma de un perfil aerodinámico y/o puede formar una nueva sección del borde delantero de la(s) pala(s) del rotor y/o puede formar una nueva sección del borde trasero de la(s) pala(s) del rotor. La estructura de redireccionamiento de fluidos actúa de esta manera para aprovechar el viento incidente que todavía está aguas arriba de las palas del rotor de la turbina eólica para girar el molinete, de esta manera aumentar la eficiencia y/o disminuir las emisiones de ruido de la turbina eólica en su conjunto a través de su aplicación y uso y que aumenta el tiempo durante el cual ocurre la extracción de energía.
Además, la dirección y redistribución de la energía cinética del viento incidente lejos del eje de rotación de la turbina pero contra las palas del rotor proporciona una fuente de energía cinética que hasta ahora se ha perdido del área del cubo, de manera silenciosa.
De acuerdo con otro aspecto, se proporciona una estructura de redireccionamiento de fluidos para una turbina que comprende un cuerpo rígido unido a una estructura de cubo de la turbina e incorpora una pluralidad de canales en espiral cada uno para recibir y dirigir el viento incidente en el cuerpo rígido contra una superficie frontal de una pala de turbina correspondiente.
En una modalidad, la estructura de redireccionamiento de fluidos se puede readaptar a las turbinas existentes en lugar de, o junto con, un cono de nariz paraboloidal estándar para proporcionar de esta manera eficiencia y beneficios de generación de energía a la turbina existente.
La dirección en la que los canales están en espiral con respecto al eje de rotación se elige para que corresponda con la dirección opuesta a la dirección de rotación del eje de transmisión y las palas del rotor. Como tal, una dirección en el sentido contrario a las manecillas del reloj de la rotación prevista para la(s) pala(s) del rotor se coordinaría con una espiral en el sentido de las manecillas del reloj para los canales del dispositivo de redireccionamiento de fluidos alrededor del eje de rotación, mientras que una dirección en el sentido de las manecillas del reloj de la rotación prevista para la(s) pala(s) del rotor se coordinaría con una espiral en sentido contrario a las manecillas del reloj para los canales del dispositivo de redireccionamiento de fluidos alrededor del eje de rotación.
La presente solicitud de patente incluye la descripción de oportunidades para mejorar los aspectos tradicionales de un cono de nariz para una turbina eólica o de agua, así como también para una hélice para una aeronave, embarcación o nave espacial. Las configuraciones de inspiración biológica única se pueden readaptar convenientemente a la estructura del cubo frente al plano de movimiento de la(s) pala(s) del rotor, y son auto orientables. Las estructuras de redireccionamiento de fluidos descritas en el presente documento tienen como objetivo producir un movimiento de rotación en el eje de transmisión de una turbina que usa fluido incidente, tal como el viento, que está frente al plano de recorrido de la pala del rotor, así como también para dirigir dicho fluido incidente que está en frente de la estructura del cubo hacia y sobre las regiones productoras de energía de la(s) pala(s) del rotor, que aumenta así la eficiencia general de la turbina mediante el uso de la energía infrautilizada disponible en el fluido alrededor del área del cubo.
A través de esta invención, la turbina eólica de la técnica anterior verá un aumento en la eficiencia de la turbina eólica con la invención actual integrada, si se instala contra el viento de la técnica anterior. El mismo aumento en la eficiencia también se puede ver si una turbina eólica con la invención actual integrada se instala contra el viento de otra turbina eólica con la invención actual integrada.
De acuerdo con otro aspecto, se proporciona una estructura de redireccionamiento de fluidos para una turbina que comprende un cuerpo rígido unido a al menos una estructura de cubo y palas de rotor de la turbina e incorpora una pluralidad de canales en espiral cada uno para recibir y dirigir el fluido incidente sobre el cuerpo rígido contra una superficie frontal de una pala de turbina correspondiente.
De acuerdo con otro aspecto, se proporciona una estructura de redireccionamiento de fluidos para una hélice que comprende un cuerpo rígido unido a al menos una estructura de cubo y palas de hélice de la hélice e incorpora una pluralidad de canales en espiral cada uno para recibir y dirigir el fluido incidente sobre el cuerpo rígido contra una superficie frontal de una pala de hélice y/o pala de rotor correspondiente.
En el presente documento se describirán otros aspectos así como también ventajas.
Breve Descripción de los Dibujos
Las modalidades de la invención se describirán ahora con referencia a los dibujos adjuntos en los cuales:
La Figura 1 es una vista lateral en elevación de una turbina eólica de eje horizontal, de acuerdo con la técnica anterior;
La Figura 2A es una vista lateral en elevación de una turbina eólica de eje horizontal que incorpora una estructura de redireccionamiento de fluidos de acuerdo con una modalidad de la invención;
La Figura 2B es una vista frontal en perspectiva de la turbina eólica de eje horizontal de la Figura 2A;
La Figura 3A es una vista lateral en elevación de una estructura de redireccionamiento de fluidos de acuerdo con una modalidad de la invención;
La Figura 3B es una vista frontal en elevación de la estructura de redireccionamiento de fluidos de la Figura 3A; Las Figuras 4A y 4B son vistas en sección transversal de la estructura de redireccionamiento de fluidos de la Figura 3A, desde una posición cerca del extremo aguas arriba (4A) y desde una posición más cercana al extremo aguas abajo (4B);
Las Figuras 5A, 5B, 5C y 5D son vistas en sección transversal de varias modalidades alternativas de estructuras de retención en los bordes de los canales;
La Figura 6 es una vista frontal en perspectiva de una estructura de unión para la estructura de redireccionamiento de fluidos de la Figura 3A que interactúa con una estructura de cubo de una turbina eólica;
La Figura 7 es una vista trasera en perspectiva de una estructura de unión alternativa;
La Figura 8 es una vista trasera en perspectiva de otra estructura de unión alternativa;
La Figura 9 es una vista lateral en elevación de la estructura de redireccionamiento de fluidos de la Figura 8, que muestra además un sistema de unión y la relación entre la estructura de redireccionamiento de fluidos y un molinete, una estructura de cubo, y las palas de rotor de una turbina;
La Figura 10 es una vista frontal en elevación de una estructura de redireccionamiento de fluidos que tiene una textura superficial de acuerdo con una modalidad;
La Figura 11 es una vista frontal en elevación de una estructura de redireccionamiento de fluidos de acuerdo con una modalidad que tiene extremos de canal que terminan al ras con las respectivas palas del rotor;
La Figura 12 es una vista lateral en elevación de una estructura de redireccionamiento de fluidos alternativa de acuerdo con una modalidad alternativa de la invención;
La Figura 13 es una vista lateral en elevación de la estructura de redireccionamiento de fluidos de la Figura 12, que muestra además la estructura de ventilación y la relación entre la estructura de redireccionamiento de fluidos y un molinete y una estructura de cubo de una turbina;
La Figura 14 es una vista frontal en perspectiva de una estructura de redireccionamiento de fluidos que tiene canales que son aerodinámicos en sección transversal, de acuerdo con una modalidad; y
La Figura 15 es una vista frontal en elevación de una turbina eólica urbana que incorpora una estructura de redireccionamiento de fluidos.
Descripción detallada
Ahora se hará referencia en detalle a las modalidades de la invención, de las cuales uno o más ejemplos se ilustran en las figuras. Cada ejemplo se proporciona por medio de explicación de la invención y no pretende ser una limitación de la invención. Por ejemplo, las características ilustradas o descritas como parte de una modalidad pueden usarse en o junto con otra modalidad para producir una modalidad adicional. Se pretende que la presente invención incluya tales modificaciones y variaciones.
La Figura 1 es una vista lateral en elevación de una turbina eólica de eje horizontal 10, de acuerdo con la técnica anterior. La turbina eólica 10 incluye una torre 100 soportada y que se extiende desde una superficie S, tal como una superficie del suelo. Soportada por la torre 100, a su vez, hay una góndola 200 que se extiende horizontalmente. Una estructura de cubo con un molinete 300 se monta de manera giratoria en un extremo frontal de la góndola 200 y puede girar con respecto a la góndola 200 alrededor de un eje de rotación R. El molinete 300 recibe y soporta múltiples palas del rotor 400 que se extienden hacia fuera desde el molinete 300. Las palas del rotor 400 atrapan el viento incidente W i que fluye hacia la turbina eólica 10 y provoca que gire. Debido a que se soportan por el molinete 300, las palas del rotor 400 cuando giran provocan que el molinete 300 gire alrededor del eje de rotación R de esta manera para provocar un movimiento de rotación que se puede convertir de una manera bien conocida en energía eléctrica o mecánica que se puede usar. En este sentido, cada una de las palas de rotor 400 son estructuras adaptadas para atravesar un entorno fluido, donde el fluido en esta modalidad es aire ambiental. La góndola 200 puede montarse de manera giratoria en la torre 100 de manera que la góndola 200 pueda girar alrededor de un eje sustancialmente vertical (no se muestra) con respecto a la torre 100, de esta manera para permitir que las palas del rotor 400 enfrenten de manera adaptativa la dirección desde la cual el viento incidente W i se acerca a la turbina eólica 10. Se muestra un cono de nariz 500 de forma generalmente paraboloidal uniforme montado en un extremo frontal del molinete 300 para desviar el viento incidente Wi lejos del molinete 300.
La Figura 2A es una vista lateral en elevación de una turbina eólica de eje horizontal 15 que incorpora una estructura de redireccionamiento de fluidos 600 de acuerdo con una modalidad de la invención, y la Figura 2B es una vista frontal en perspectiva de la turbina eólica de eje horizontal 15.
La turbina eólica 15 incluye una torre 100 soportada y que se extiende desde una superficie S, tal como una superficie del suelo. Soportada por la torre 100, a su vez, hay una góndola 200 que se extiende horizontalmente. Una estructura de cubo con un molinete 300 se monta de manera giratoria en un extremo frontal de la góndola 200 y puede girar con respecto a la góndola 200 alrededor de un eje de rotación R. El molinete 300 recibe y soporta múltiples palas del rotor 400 que se extienden hacia fuera desde el molinete 300. Las palas del rotor 400 atrapan el viento incidente W i que fluye hacia la turbina eólica 15 y provoca que gire. Debido a que se soportan por el molinete 300, las palas del rotor 400 cuando giran provocan que el molinete 300 gire alrededor del eje de rotación R de esta manera para provocar un movimiento de rotación que se puede convertir de una manera bien conocida en energía eléctrica o mecánica que se puede usar. La góndola 200 puede montarse de manera giratoria en la torre 100 de manera que la góndola 200 pueda girar alrededor de un eje sustancialmente vertical (eje de guiñada, no se muestra) con respecto a la torre 100, de esta manera para permitir que las palas del rotor 400 enfrenten de manera adaptativa la dirección desde la cual el viento incidente W i se acerca la turbina eólica 15.
En esta modalidad, la estructura de redireccionamiento de fluidos 600 se muestra montada en un extremo frontal del molinete 300 y puede girar, junto con el molinete 300 y las palas del rotor 400, alrededor del eje de rotación R. La Figura 3A es una vista lateral en elevación de la estructura de redireccionamiento de fluidos 600, ampliada para facilitar la explicación, y la Figura 3B es una vista frontal en elevación de la estructura de redireccionamiento de fluidos 600. La estructura de redireccionamiento de fluidos 600 incluye un cuerpo rígido 602 que tiene un extremo aguas arriba 602U y un extremo aguas abajo 602D. El cuerpo rígido 602 incorpora una pluralidad de canales, en esta modalidad tres (3) canales 604A, 604B y 604C. Cada canal 604A, 604B y 604C está en espiral desde una punta 606 en el extremo aguas arriba 602U hasta el extremo aguas abajo 602D alrededor del eje de rotación R. Los canales 604A, 604B y 604C también se extienden con respecto al eje de rotación R de esta manera para, cerca del extremo aguas abajo 602D, dirigir el fluido incidente - en esta modalidad viento incidente W i - a lo largo de los canales 604A, 604B y 604C en una dirección sustancialmente normal al eje de rotación R.
En esta modalidad, los canales 604A, 604B y 604C en el extremo aguas arriba 602U generalmente provienen de un punto cerca de la punta 606 a lo largo de una dirección generalmente paralela al eje de rotación R y luego, a medida que avanzan en espiral hacia el extremo aguas abajo 602D, se extienden hacia fuera progresivamente alejándose del eje de rotación de esta manera para redirigir el viento incidente WI(se muestra entrando en la página en la Figura 3B) de manera que el viento redirigido Wrd fluye a lo largo de la superficie frontal de las palas del rotor 400.
Como se muestra particularmente en la Figura 3B, cada uno de los canales 604A, 604B y 604C es generalmente un formato de una sola etapa, es decir, se aumenta progresivamente gradualmente en el radio focal de la espiral desde el extremo aguas arriba 602U hasta el extremo aguas abajo 602D. Además, hay un aumento gradual correspondiente en el ancho del canal desde el extremo aguas arriba 602U hasta el extremo aguas abajo 602D. En esta modalidad, cada uno de los canales 604A, 604B y 604C se ensancha generalmente de forma parabólica, de manera que hay un aumento gradual en el ancho del canal desde el extremo aguas arriba 602U hasta el extremo aguas abajo 602D. En modalidades alternativas, los canales se pueden contornear de manera que, al pasar del extremo aguas arriba 602U al extremo aguas abajo 602D, aumenten gradualmente en ancho, luego mantengan un ancho constante a través de una región intermedia de manera que los bordes del canal corran paralelos, luego gradualmente aumenten de nuevo el ancho hasta el extremo aguas abajo 602D. En otra modalidad alternativa más, los canales se pueden contornear de manera que, al pasar del extremo aguas arriba 602U al extremo aguas abajo 602D, aumenten gradualmente en ancho, luego mantengan un ancho constante a través de una región aguas abajo hasta el extremo aguas abajo 602D sin aumentar de nuevo en ancho.
Las Figuras 4A y 4B son vistas en sección transversal de la estructura de redireccionamiento de fluidos 600, desde una posición A cerca del extremo aguas arriba (se muestra desde A en la Figura 3A) y desde una posición más cercana al extremo aguas abajo (se muestra desde B en la Figura 3A), que muestra los diferentes radios focales FR_A y FR_B de los canales 604A, 604B y 604C, así como también los diferentes anchos de los canales 604A, 604B y 604C. Se observará que, en esta modalidad, el ancho de cada canal 604A, 604B y 604C progresa proporcionalmente con el radio focal.
Como se muestra en las Figuras 3A, 3B, 4A y 4B, cada canal 604A, 604B y 604C tiene bordes opuestos que se extienden desde el extremo aguas arriba 602U hasta el extremo aguas abajo 602D. En esta modalidad, uno de los bordes de cada canal 604A, 604B y 604C incorpora la estructura de retención respectiva 605A, 605B y 605C para inhibir el fluido incidente - en esta modalidad el viento incidente - que salga de un canal respectivo 604A, 604B y 604C y para dirigir el fluido incidente a lo largo del canal.
En esta modalidad, cada estructura de retención 605A, 605B y 605C es una pared alargada arqueada que generalmente tiene forma de C en sección transversal. En particular, una porción de la superficie de cada canal 604A, 604B y 604C que enfrenta el viento incidente Wi a lo largo del borde se dobla gradualmente sobre sí misma hasta un ángulo máximo de doscientos setenta (270) grados. La sección transversal de los canales 127 puede ser además de cualquier forma elíptica o arqueada beneficiosa.
Las Figuras 5A, 5B, 5C y 5D son vistas en sección transversal de varias modalidades alternativas de estructuras de retención para un canal como el 604B, a lo largo de una porción de su borde. Por ejemplo,
La Figura 5A es una vista de una estructura de retención 607B que es una pared muy ligeramente arqueada que se extiende generalmente 90 grados en una dirección aguas arriba, la Figura 5B es una vista de una estructura de retención 609B que es una pared ligeramente arqueada con un radio más amplio que el de la Figura 5A y que desciende ligeramente en una dirección aguas abajo antes de formar un arco en una dirección aguas arriba, la Figura 5C es una vista de la estructura de retención 605B de la estructura de redireccionamiento de fluidos 600 como se muestra en la Figura 4B que se extiende generalmente 90 grados en una dirección aguas arriba antes de curvarse, y la Figura 5D es una vista de una estructura de retención 611B que es similar a la estructura de retención 605B pero que, al igual que la estructura de retención 605B, desciende ligeramente en una dirección aguas abajo antes de volver a formar un arco aguas arriba. En otras modalidades más, la estructura de retención puede extenderse en su forma de C generalmente de manera que sea una sección transversal en forma de U generalmente.
Las estructuras de retención inhiben que el viento incidente Wi se derrame sobre el borde de los canales de esta manera para mantener más viento dentro de los canales en las regiones en las cuales las estructuras de retención se extienden desde los bordes.
La Figura 6 es una vista frontal en perspectiva de una estructura de unión, en forma de un ensamble de abrazadera de nariz 650, para interconectar la estructura de redireccionamiento de fluidos 600 con una estructura de cubo de una turbina eólica de eje horizontal, tal como una turbina eólica 15. El ensamble de abrazadera de nariz 650 se configura de manera que la estructura de cubo existente 300 y las palas de rotor 400 no necesitan desmontarse con el fin de readaptar la turbina eólica 15 con la estructura de redireccionamiento de fluidos 600 mediante el uso del ensamble de abrazadera de nariz 650. Como se muestra, el ensamble de abrazadera de nariz 650 se une a la estructura de cubo existente 300 de la turbina eólica 15 y se estabiliza aún más en los encastres 402 de la pala del rotor 400 a través de dispositivos de soporte del ensamble de abrazadera de nariz 650 que incluyen soportes 656, abrazaderas 652 y rodillos y/o ruedas 654. Alternativamente, se pueden emplear como mecanismos de unión una o más abrazaderas, una o más refuerzos, uno o más soportes, uno o más puntales, una o más ruedas y uno o más rodillos, o sus combinaciones.
Se observará que preferentemente los rodillos y/o ruedas 654 se interconectan con la estructura de redireccionamiento de fluidos 600 y la turbina 15 para permitir que el ensamble de abrazadera de nariz 650 acomode ajustes selectivos al paso de cada pala del rotor 400 con respecto a la estructura de cubo. En este caso, los rodillos ruedan a lo largo de la superficie exterior del encastre 402 de una respectiva pala del rotor 400, mientras retienen la estructura de redireccionamiento de fluidos 600 en una posición central con respecto a la estructura de cubo.
La Figura 7 es una vista trasera en perspectiva de una estructura de unión alternativa, en forma de un ensamble de abrazadera de nariz 660, para unir la estructura de redireccionamiento de fluidos 600 solo a los encastres 402 de las palas de rotor 400 de la turbina eólica de eje horizontal 15. En esta modalidad, el molinete 300 existente y las palas del rotor 500 no se tienen que remover antes de que la turbina eólica 15 se readapte con la estructura de redireccionamiento de fluidos 600. Como se muestra, el ensamble de abrazadera de nariz 660 se estabiliza en los encastres 402 de la pala del rotor 400 a través de dispositivos de soporte del ensamble de abrazadera de nariz 660 que incluyen soportes 656, abrazaderas 652 y rodillos y/o ruedas 654. Alternativamente, se pueden emplear como mecanismos de unión una o más abrazaderas, uno o más refuerzos, uno o más soportes, uno o más puntales, una o más ruedas y uno o más rodillos, o sus combinaciones.
Se observará que preferentemente los rodillos y/o ruedas 654 se interconectan con la estructura de redireccionamiento de fluidos 600 y la turbina 15 para permitir que el ensamble de abrazadera de nariz 660 acomode ajustes selectivos al paso de cada pala del rotor 400 con respecto a la estructura de cubo. En este caso, los rodillos ruedan a lo largo de la superficie exterior del encastre 402 de una respectiva pala del rotor 400, mientras retienen la estructura de redireccionamiento de fluidos 600 en una posición central con respecto a la estructura de cubo y la punta 606 en línea con el eje de rotación R.
En una modalidad alternativa, el sistema de unión puede configurarse para interactuar solo con la estructura de cubo de una turbina eólica, y de esta manera no entrar en contacto físico con sus palas de rotor.
La Figura 8 es una vista trasera en perspectiva de una estructura de redireccionamiento de fluidos alternativa 700. La estructura de redireccionamiento de fluidos 700 es similar a la estructura de redireccionamiento de fluidos 600, en que la estructura de redireccionamiento de fluidos 700 incluye un cuerpo rígido 702 que tiene un extremo aguas arriba 702U y un extremo aguas abajo 702D. El cuerpo rígido 702 incorpora una pluralidad de canales, en esta modalidad tres (3) canales 704A, 704B y 704C. Cada canal 704A, 704B y 704C está en espiral desde una punta 706 en el extremo aguas arriba 702U hasta el extremo aguas abajo 702D alrededor del eje de rotación R. Los canales 704A, 704B y 704C también se extienden con respecto al eje de rotación R de esta manera para, cerca del extremo aguas abajo 702D, dirigir el fluido incidente - en esta modalidad viento incidente Wi - a lo largo de los canales 704A, 704B y 704c en una dirección sustancialmente normal al eje de rotación R.
En esta modalidad, la estructura de redireccionamiento de fluidos 700 incluye lazos circulares integrales 740A, 740B y 740C fijados al lado orientado hacia atrás de la estructura de redireccionamiento de fluidos 700 y cada uno dimensionado para recibir y asentar un encastre respectivo 402 de una pala del rotor 400 (no se muestra en la Figura 8) antes de que los encastres 402 interactúen con una estructura de cubo de una turbina tal como una turbina eólica 15. Los lazos circulares integrales 740A, 740B y 740C se muestran sin rodillos simplemente para mayor claridad.
La Figura 9 es una vista lateral en elevación de la estructura de redireccionamiento de fluidos 700, que muestra además la estructura de cubo 670 y su relación entre la estructura de redireccionamiento de fluidos 700 y un molinete 300 de la estructura de cubo y las palas de rotor 400 de una turbina eólica 15. La estructura de cubo y los lazos de circulación integrales 740a , 740B y 740C pueden usarse para "atornillar" la estructura de redireccionamiento de fluidos 700 a la estructura de cubo de la turbina eólica 15 de esta manera para readaptar la turbina eólica 15 con una estructura de redireccionamiento de fluidos e interfaces con puntales 675 que puede ser parte de un cono de nariz original 500 y/o molinete 300.
La Figura 10 es una vista frontal en elevación de una estructura de redireccionamiento de fluidos 800 que tiene una textura superficial 855 en uno de los canales 804B y que muestra una orientación prevista de giro en el sentido de las manecillas del reloj. Los otros canales 804A y 804C pueden tener una textura superficial similar 855. La estructura de direccionamiento de fluidos 800 puede configurarse de manera muy similar a las estructuras de direccionamiento de fluidos 600 y 700 y, en esta modalidad, se muestra que termina en el extremo aguas abajo de manera que sus canales 804A, 804B y 804C se integran con las respectivas palas de rotor 400 de esta manera para proporcionar una superficie frontal continua para recibir y redirigir el viento incidente Wi en las direcciones que se muestran mediante WRD. La superficie frontal continua reduce las interrupciones en el flujo del fluido que de cualquier otra manera podrían contribuir a una resistencia al fluido no deseada.
La textura 855 puede tener cualquier configuración que reduzca la resistencia al fluido y por lo tanto permita una mayor producción de energía de la estructura de redireccionamiento de fluidos 800. Por ejemplo, la textura puede incluir hoyuelos. Se puede ver una vista de cerca de la textura 855 en 860 la cual muestra hoyuelos 861 que se hunden debajo de la superficie de los canales y hoyuelos 862 que se elevan por encima de la superficie. La subfigura lateral ampliada en elevación de la Figura 10 mostrada en 863 ilustra las excavaciones de los hoyuelos 861 y su elevación por encima de la superficie 862.
En una modalidad, también se pueden incluir generadores de vórtice en la superficie del ensamble del cono de nariz. La aplicación de la textura superficial puede realizarse por cualquier medio durante la fabricación o después de la instalación.
La Figura 11 es una vista frontal en elevación de la estructura de redireccionamiento de fluidos 800 con la textura superficial 855 no mostrada y que muestra una orientación prevista de giro en el sentido contrario a las manecillas del reloj.
Se apreciará que la dirección en la que los canales 804A, 804B y 804C están en espiral con respecto al eje de rotación R se corresponde con la dirección opuesta en la que se pretende que giren las palas del rotor 400. Como tal, una dirección en sentido contrario a las manecillas del reloj de rotación prevista para la(s) pala(s) del rotor se coordinaría con una espiral en el sentido de las manecillas del reloj para los canales 804A, 804B y 804C alrededor del eje de rotación R (en la página como se muestra en la Figura 11), mientras que una dirección en el sentido de las manecillas del reloj de rotación prevista para la(s) pala(s) del rotor se coordinaría con una espiral en sentido contrario a las manecillas del reloj para el 804A, 804B y 804C alrededor del eje de rotación como en la Figura 10. En esta modalidad, los canales 804A, 804B y 804C de la estructura de redireccionamiento de fluidos 800, donde se alinean respectivamente con una porción de perfil aerodinámico que produce energía en contra del viento de una pala del rotor respectiva 400, pueden tomar la forma de sección transversal de un perfil aerodinámico. Alternativamente o en alguna combinación los canales 804A, 804B y 804C pueden formar una nueva sección de borde delantero de las palas del rotor 400 y/o pueden formar una nueva sección de borde trasero de las palas del rotor 400.
La Figura 12 es una vista lateral en elevación de una estructura de redireccionamiento de fluidos alternativa 900. En esta modalidad, la estructura de redireccionamiento de fluidos 900 tiene canales 904A, 904B y 904C que cada uno tiene una primera etapa S1 ensanchada progresivamente desde la punta 906 en su extremo aguas arriba 902U hasta una posición de punto medio P que es intermedia entre el extremo aguas arriba 902U y el extremo aguas abajo 902D. Cada uno de los canales 904A, 904B y 904C también incluye una segunda etapa S2 ensanchada progresivamente desde la posición del punto medio P hasta el extremo aguas abajo 902D. Cada canal 904A, 904B y 904C en su segunda etapa S1 es generalmente más ancho que en su primera etapa S2.
Cada una de las etapas S1 y S2 generalmente se ensanchan progresivamente en forma parabólica. En esta modalidad, la posición del punto medio P está a medio camino entre los extremos aguas arriba y aguas abajo. Sin embargo, en modalidades alternativas, la posición del punto medio P puede ser más de la mitad del camino entre los extremos aguas arriba y aguas abajo, tal como en la posición de tres cuartos (3/4). Además, los canales 904A, 904B y 904C pueden girar en espiral alrededor del eje de rotación R entre aproximadamente ciento ochenta (180) grados y aproximadamente trescientos sesenta (360) grados. El contorno de la espiral puede sufrir muchas desviaciones. Por ejemplo, la espiral de un canal puede comenzar en la punta frontal 906 del cono de nariz y continuar hasta el extremo aguas abajo 902D donde su superficie se conecta a ras y/o se acerca mucho a la porción aerodinámica que produce energía en contra del viento de una pala del rotor correspondiente 400. En las modalidades, la espiral puede atravesar cualquier forma paraboloidal o multitudes de la misma para tener más de dos etapas. Después de comenzar en la punta 906, un contorno parabólico puede luego estrecharse en una posición cerca de la posición del punto medio P para alcanzar una línea casi paralela con el eje de rotación R. En esta posición cerca de la posición del punto medio P, un contorno parabólico puede luego extenderse a una focal más amplia, de la cual se completa la mitad, o noventa (90) grados de su giro. Luego el contorno puede volver a estrecharse cerca de la estructura de cubo para que quede paralelo con la línea del eje de transmisión, en cuyo punto se completarán ciento ochenta (180) grados de giro. Por lo tanto esta configuración permite que el viento incidente Wi proceda de forma escalonada sobre las múltiples etapas S1, S2 a lo largo de la superficie de un canal respectivo 904a , 904B, 904C, inspirado por el pico y la cabeza de un martín pescador, y dirigirse a la porción de la superficie aerodinámica que produce energía en contra del viento de la correspondiente pala del rotor 400.
La Figura 13 es una vista lateral en elevación de la estructura de redireccionamiento de fluidos 900, que muestra además la estructura de ventilación y la relación entre la estructura de redireccionamiento de fluidos y un molinete y una estructura de cubo 120 de una turbina. La estructura de ventilación incluye entradas de ventilación 985, tubos flexibles y/o mangueras 986, junto con las posiciones internas relativas de la estructura de cubo existente 120 y el cono de nariz 500. En esta modalidad, la estructura de redireccionamiento de fluidos 900 puede incluir entradas de ventilación 985 en su superficie dentro de la segunda etapa S2 para permitir que el aire penetre en el cono de nariz 500 y la estructura de cubo 120 y/o la góndola 200 a través de tubos flexibles y/o mangueras 986.
De acuerdo con un aspecto de otra modalidad, la estructura de redireccionamiento de fluidos 900 puede ser un ensamble monocasco con un revestimiento estructural, y que se configura para permitir que una estructura de cubo existente 120 con el molinete 300 y/o el cono de nariz 500 se reciba en el extremo aguas abajo 902D dentro de la estructura de redireccionamiento de fluidos 900. En esta modalidad, la estructura de redireccionamiento de fluidos es una unidad de una pieza. En modalidades alternativas, la estructura de redireccionamiento de fluidos puede ser una unidad de varias piezas.
La Figura 14 es una vista frontal en perspectiva de una estructura de redireccionamiento de fluidos 1000 que tiene canales 1004A, 1004B y 1004C que son aerodinámicos en sección transversal, junto con secciones de perfil aerodinámico añadidas 1046.
De acuerdo con este aspecto, esto se puede lograr teniendo un espacio 1043 entre la porción más exterior del extremo aguas abajo 1002D de la estructura de redireccionamiento de fluidos 1000 y una porción de perfil aerodinámico que produce energía en contra del viento de la(s) pala(s) del rotor de la turbina eólica 400. Este método cubre la región de del/de los encastre(s) de la(s) pala(s) del rotor 402, pero permite la flexibilidad del material y/o la capacidad de convertir la porción más exterior del extremo aguas abajo 1002D de la estructura de redireccionamiento de fluidos 1000 en una sección de perfil aerodinámico. Esto extiende efectivamente la longitud de la(s) pala(s) del rotor 400, creando nuevos bordes delanteros 404 y traseros 405. Además, puede añadirse otra sección de perfil aerodinámico 1046 en una posición paralela a la(s) pala(s) del rotor 400, y ligeramente por encima de la porción más exterior del extremo aguas abajo 1002D de la estructura de redireccionamiento de fluidos 1000. Esto tiene el efecto de evitar que cualquier energía cinética restante en el viento incidente Wi salga desde la porción más exterior del extremo aguas abajo 1002D de la estructura de redireccionamiento de fluidos 1000 entre del/de los encastre(s) de la(s) pala(s) del rotor 402 sin antes trabajar en la estructura de redireccionamiento de fluidos 1000 de antemano. El trabajo se muestra aquí en Wii, donde el viento incidente se realiza para desviar su trayectoria a lo largo de una sección aerodinámica del perfil aerodinámico 1046, trabajando así en esa sección y reduciendo su energía cinética, saliendo en We. Esta sección aerodinámica de perfil aerodinámico 1046 se une a la porción trasera de los canales en 1005A y a una porción frontal 1005B de la porción más exterior del extremo aguas abajo 1002D de la estructura de redireccionamiento de fluidos 1000 a través de cualquier método adecuado, de manera que se genera una fuerza de rotación cuando el viento incidente Wi pasa sobre él. De acuerdo con otro aspecto, esta sección 1046, junto con cualquier otra sección de la estructura de redireccionamiento de fluidos 1000, puede formar una combinación de dos (2) o más secciones desmontables.
Consideraciones Teóricas:
Como se indicó anteriormente, el límite de Betz es el coeficiente máximo de rendimiento (Cp) en la extracción de energía cinética del viento, y es del 59,3 %. Las tecnologías eólicas conocidas tienen en realidad un Cp mucho más bajo que el límite de Betz. La ley de Betz asume que:
1. El rotor no posee un cubo, este es un rotor ideal, con un número infinito de palas que no tienen resistencia. Cualquier resistencia resultante solo reduciría este valor idealizado.
2. El flujo de entrada y salida del rotor es axial. Este es un análisis del volumen de control, y para construir una solución, el volumen de control debe contener todo el flujo que entra y sale, no tener en cuenta ese flujo violaría las ecuaciones de conservación.
3. El flujo es incompresible. La densidad permanece constante, y no hay transferencia de calor.
4. Empuje uniforme sobre el disco o el área del rotor.
Suponiendo que existe una turbina eólica ideal capaz de extraer la energía cinética del viento (Ew) a una eficiencia del 59,3 %, de acuerdo con el límite de Betz, que la turbina ideal anterior tiene un área de superficie frontal de SAf 19,6 m2 y que la velocidad del viento es de 2,78 m/s y la temperatura exterior es de 15 C, la energía extraída por dicha turbina eólica ideal es como se muestra en la Ecuación 1 a continuación, donde Pw es la potencia cúbica de la velocidad del viento y Da es la densidad del aire, la cual es igual a 1,225 @ 15 grados C:
Ew=['(0,5) (DaXSAfXP^XCp)] ( 1)
Ew= [(0 ,5 )(1 ,225X19,6 m2X54,5 m3/sX0,593)]
E= 387,9835 Vatios = 0,3879835 kW
En términos de producción de energía, más de 1 hora de funcionamiento en estas condiciones la turbina producirá: P (cinética)= 0,3879835 kWh
Se realizaron pruebas a pequeña escala para determinar la potencia de salida de varias configuraciones de turbinas eólicas a diferentes velocidades del viento. Estas pruebas reflejaron con precisión el tamaño, la forma, el peso, la proporción, la relación velocidad de la pala - velocidad del viento de las turbinas eólicas actuales a gran escala. Como línea de base, supongamos que se prueba una turbina eólica estándar de eje horizontal en esta escala. Supongamos también las mismas condiciones, con un área de superficie frontal de 19,6 m2, una velocidad del viento de 2,78 m/s y la temperatura exterior de 15 C Cuando se realizaron experimentos y se promediaron, se encontró que la energía extraída por una turbina eólica de este tipo era:
E= 358,25 Vatios= 0,35825 kW
Como tal, en términos de producción de energía, más de 1 hora de funcionamiento en estas condiciones la turbina produciría P(cinética)= 0,35825 kWh.
Esto equivale a una medida del 49,25 % del límite de Betz, que es aproximadamente el promedio para la mayoría de las turbinas eólicas de eje horizontal a gran escala.
Ahora tomemos una turbina eólica estándar de eje horizontal e integremos la invención actual, un ensamble de cono de nariz que es capaz de extraer una porción de la energía cinética infrautilizada alrededor de la región del cubo. Tomemos también las mismas condiciones, con un área de superficie frontal de 19,6 m2 , una velocidad del viento de 2,78 m/s y la temperatura exterior de 15 C Cuando se realizaron los experimentos, se encontró que la energía extraída por dicha turbina eólica era E= 439,30 Vatios= 0,43930 kW
En términos de producción de energía, más de 1 hora de funcionamiento en estas condiciones la turbina producirá: P(cinético)= 0,43930 kWh
Esto equivale a una medida del 66,23 % del límite de Betz, que es 6,93 % por encima del límite de Betz.
A continuación se muestra un gráfico que muestra el porcentaje de energía capturada por la turbina eólica sin y con la invención descrita en el presente documento frente a velocidades de viento variables. Las velocidades del viento en los experimentos realizados se establecieron en km/h, y luego se convirtieron a m/s para la ecuación de Betz, y se muestran en la Tabla 1 a continuación.
Tabla 1.
Figure imgf000011_0001
Se espera que las configuraciones del ensamble del cono de nariz de la turbina eólica descritas en el presente documento mejoren la eficiencia operativa de las turbinas eólicas al aprovechar más la energía cinética disponible frente al plano de la(s) pala(s) del rotor, especialmente alrededor de la región del cubo y/o aumentar la disponible energía cinética del viento a la(s) pala(s) del rotor y/o ventilar el cubo y el área circundante y/o reducir las emisiones de ruido de operación del cono de nariz y/o proporcionar un método de unión rápida para el ensamble del cono de nariz y/o reducir los costos operativos de las turbinas eólicas.
Las configuraciones descritas anteriormente para el cono de nariz de una turbina eólica de eje horizontal también se pueden aplicar a turbinas eólicas de eje vertical, y ambas de cualquier escala. Estas mejoras pueden aplicarse igualmente bien, haciendo los cambios necesarios, con tales mutaciones como relevantes, que incluyen pero no limitan a, dispositivos de energía eólica a gran altitud (HAWP), turbinas eólicas de cometas, cometas de energía, turbinas de mareas, turbinas eólicas urbanas, hélices para aviones, barcos, planeadores y drones, tapas de motores a reacción, la proa bulbosa de los barcos y otras cosas. La invención o las invenciones descritas en el presente documento pueden aplicarse a turbinas eólicas que tengan menos o más palas que las descritas a manera de ejemplo para aumentar la eficiencia operativa de una turbina eólica, reducir los costes de mantenimiento y el desgaste mecánico y aumentar la escalabilidad y la comerciabilidad de tales turbinas eólicas.
Algunas modalidades se pueden describir con referencia a las reivindicaciones del tipo método, mientras que otras modalidades se pueden describir con referencia a las reivindicaciones del tipo aparato. Sin embargo, una persona experta en la técnica deducirá de la descripción anterior y de la siguiente que, a menos que se notifique de cualquier otra manera, además de cualquier combinación de características que pertenezcan a un tipo de materia también cualquier combinación entre características con relación a diferentes materias, en particular entre las características de las reivindicaciones del tipo método y las características de las reivindicaciones del tipo aparato se considera que se describen con este documento.
Los aspectos definidos anteriormente y aspectos adicionales son evidentes a partir de los ejemplos de la modalidad que se describirán a continuación y se explican con referencia a los ejemplos de la modalidad.
Otros aspectos pueden resultar evidentes para el lector experto al revisar lo siguiente.
Aunque se han descrito ciertas modalidades con referencia a los dibujos, los expertos en la técnica apreciarán que se pueden realizar variaciones y modificaciones sin apartarse del alcance de estas tal como se definen en las reivindicaciones adjuntas.
Se debe señalar que el término “que comprende” no excluye otros elementos o etapas, y el uso de los artículos “un” o “una” no excluye una pluralidad. Además, los elementos descritos en asociación con diferentes modalidades pueden combinarse. Se debe señalar que los signos de referencia en las reivindicaciones no deben interpretarse como una limitación del alcance de las reivindicaciones.
Por ejemplo, la construcción alternativa de dispositivos de redireccionamiento de fluidos podría emplear un diseño de "marco espacial" con celosías metálicas envueltas en una capa de tejido de poliéster. Alternativamente, el diseño podría emplear un patrón de voronoi.
Si bien la descripción anterior se ha referido principalmente a estructuras de redireccionamiento de fluidos para turbinas eólicas de eje horizontal, las estructuras descritas se pueden aplicar a otros dispositivos, como turbinas eólicas, turbinas mareomotrices, turbinas de represas hidroeléctricas, turbinas de cometas, dispositivos de energía eólica de gran altitud (HAWP), turbinas eólicas de cometas, cometas de energía y turbinas eólicas urbanas. Todos estos dispositivos podrían mejorarse con un dispositivo de redireccionamiento de fluidos tal como se describió en el presente documento, dentro de la necesidad de palas de rotor unidas. Por ejemplo, el cono de nariz se puede colocar dentro de una estructura circular para girar. En particular, la Figura 15 es una vista frontal en elevación de una turbina eólica urbana que incorpora una estructura de redireccionamiento de fluidos de tal manera.
Todos los dispositivos mencionados usan el mismo dispositivo con variaciones en el tamaño.
Las hélices para aeronaves (tales como un planeador, avión civil, drones o tapas de motores a reacción), embarcaciones, naves espaciales, turbocompresores y similares podrían emplear la estructura de redireccionamiento de fluidos descrita anteriormente, excepto que se usaría energía en el giro de este dispositivo, y así se haría girar en la dirección opuesta, para inducir el flujo del fluido hacia la parte posterior de la estructura. La espiral tendría una dirección beneficiosa para tal configuración.
De acuerdo con otro aspecto, un inductor de ruido ultrasónico con el propósito de repeler cualquier animal en vuelo desde una turbina eólica de eje horizontal o vertical puede integrarse con una estructura de redireccionamiento de fluidos como se describe en el presente documento, o en un cono de nariz paraboloidal estándar u otra estructura. Según el conocimiento del presente inventor, no existe una solución satisfactoria para disuadir o evitar que los animales voladores de cualquier tipo entren en contacto con las palas del rotor o cualquier otra parte de una turbina eólica, que usa ondas sonoras ultrasónicas, a fin de reducir o evitar la muerte de animales y daños a la turbina eólica.
De acuerdo con un primer aspecto, un inductor de ruido ultrasónico de 15 KHz o superior con una presión sonora a 1 metro de 95-102 dB se coloca dentro del cono de nariz o la unidad de góndola, o cualquier otra área que no afecte a las propiedades aerodinámicas de la turbina eólica de eje horizontal con el propósito de repeler a los animales en vuelo de golpear una turbina eólica de eje horizontal o vertical, en donde el inductor de ruido ultrasónico se coloca en cualquier cercanía alrededor o en la turbina eólica de manera que el efecto deseado de repeler los animales de vuelo pueda lograrse y las propiedades aerodinámicas de la turbina eólica no se afecten, en donde la instalación del inductor de ruido ultrasónico ocurre durante o después de la instalación de la turbina eólica de eje horizontal, en donde la energía para el inductor de ruido ultrasónico proviene de la propia turbina eólica, o una fuente externa.

Claims (14)

REIVINDICACIONES
1. Una estructura de redireccionamiento de fluidos que comprende:
un cuerpo rígido (602, 702) que tiene un extremo aguas arriba (602U, 702U, 902U), un extremo aguas abajo (602D, 702D, 902D), y un eje de rotación (R),
el cuerpo rígido (602, 702) incorpora una pluralidad de canales (604A, 604B, 604C, 704A, 704B, 704C, 804A, 804B, 804C, 904A, 904B, 904C, 1004A, 1004B, 1004C) cada uno en espiral desde una punta (606, 706, 906) en el extremo aguas arriba (602U, 702U, 902U) hasta el extremo aguas abajo (602D, 702D, 902D) alrededor del eje de rotación (R), los canales (604A, 604B, 604C, 704A, 704B, 704c , 804A, 804B, 804C, 904A, 904B, 904C, 1004A, 1004B, 1004C) que se extienden progresivamente de forma parabólica con respecto al eje de rotación (R) de esta manera para, cerca del extremo aguas abajo (602D, 702D, 902D), dirigir el fluido incidente a lo largo de los canales (604A, 604B, 604C, 704A, 704B, 704C, 804A, 804B, 804C, 904A, 904B, 904C, 1004A, 1004B, 1004C) lejos del eje de rotación (R), en donde la estructura de redireccionamiento de fluidos (600, 700, 800, 900, 1000) se une, cuando está en uso, a una turbina (15) alrededor de su eje central y comprende tres canales (604a , 604B, 604C, 704A, 704B, 704C, 804A, 804B, 804C, 904A, 904B, 904C, 1004A, 1004B, 1004C), de manera que cada uno de estos canales (604A, 604B, 604C, 704A, 704B, 704C, 804A, 804B, 804C, 904A, 904B, 904C, 1004A, 1004B, 1004C) en su sección aguas abajo se alinean con una porción del perfil aerodinámico que produce energía en contra del viento de una pala del rotor respectiva (400) de dicha turbina (15),
llegar muy cerca del borde delantero de esta pala (400), creando un espacio (1043) entre esta porción más exterior del extremo aguas abajo (1002D) del dispositivo de redireccionamiento de fluidos (1000) y la pala (400).
2. La estructura de redireccionamiento de fluidos de acuerdo con la reivindicación 1, en donde cada canal (604A, 604B, 604C, 704A, 704B, 704C, 804A, 804B, 804C, 904A, 904B, 904C, 1004A, 1004B, 1004C) generalmente se ensancha progresivamente de forma parabólica desde el extremo aguas arriba (602U, 702U, 902U) al extremo aguas abajo (602D, 702D, 902D), y una posición de punto medio (P) está a medio camino entre los extremos aguas arriba (602U, 702U, 902U) y aguas abajo (602D, 702D, 902D).
3. La estructura de redireccionamiento de fluidos de acuerdo con la reivindicación 1, en donde cada canal (604A, 604B, 604C, 704A, 704B, 704C, 804A, 804B, 804C, 904A, 904B, 904C, 1004A, 1004B, 1004C) comprende:
una etapa única que aumenta progresivamente en el radio focal desde un extremo aguas arriba (602U, 702U, 902U) a un extremo aguas abajo (602D, 702D, 902D).
4. La estructura de redireccionamiento de fluidos de acuerdo con una de las reivindicaciones de la 1 a la 3, en donde cada canal (604A, 604B, 604C, 704A, 704B, 704C, 804A, 804B, 804C, 904A, 904B, 904C, 1004A, 1004B, 1004C) comprende:
una primera etapa ensanchada progresivamente desde el extremo aguas arriba (602U, 702U, 902U) a una posición de punto medio (P) que es intermedia entre el extremo aguas arriba (602U, 702U, 902U) y el extremo aguas abajo (602D, 702D, 902D); y
una segunda etapa que luego mantiene este ancho y avanza hacia un extremo aguas abajo (602D, 702D, 902D) sin volver a aumentar de ancho, y puede adoptar una forma de sección transversal de un perfil aerodinámico.
5. La estructura de redireccionamiento de fluidos de acuerdo con una de las reivindicaciones de la 1 a la 4, en donde al menos un borde de cada canal (604A, 604B, 604C, 704A, 704B, 704C, 804A, 804B, 804C, 904A, 904B, 904C, 1004A, 1004B, 1004C) que se extiende desde el extremo aguas arriba (602U, 702U, 902U) hasta el extremo aguas abajo (602D, 702D, 902D) incorpora una estructura de retención (605A, 605B, 605C, 607B, 609B) para evitar que el fluido incidente salga del canal (604A, 604B, 604C, 704A, 704B, 704C, 804A, 804B, 804C, 904A, 904B, 904C, 1004A, 1004B, 1004C) en al menos un borde y dirigir el fluido incidente a lo largo del mismo.
6. La estructura de redireccionamiento de fluidos de acuerdo con la reivindicación 5, en donde la estructura de retención (605A, 605B, 605C, 607B, 609B) comprende una pared alargada arqueada.
7. La estructura de redireccionamiento de fluidos de acuerdo con la reivindicación 1, que comprende además:
un mecanismo de unión para unir de manera giratoria la estructura de redireccionamiento de fluidos (600, 700, 800, 900, 1000) a una estructura de cubo de una turbina de eje horizontal (15).
8. La estructura de redireccionamiento de fluidos de acuerdo con la reivindicación 1, que comprende además:
un mecanismo de unión para unir de manera giratoria la estructura de redireccionamiento de fluidos (600, 700, 800, 900, 1000) a los encastres (402) de las palas del rotor (400) de una turbina de eje horizontal (15), en donde el mecanismo de unión se adapta para acomodar los ajustes selectivos al paso de cada pala del rotor (400) con respecto a una estructura de cubo de la turbina de eje horizontal (15).
9. La estructura de redireccionamiento de fluidos de acuerdo con una de las reivindicaciones de la 1 a la 8, en donde una superficie interna de cada canal (604A, 604B, 604C, 704A, 704B, 704C, 804A, 804B, 804C, 904A, 904B, 904C, 1004A, 1004B, 1004C) se texturiza para reducir la resistencia del fluido.
10. La estructura de redireccionamiento de fluidos de acuerdo con una de las reivindicaciones de la 1 a la 8, en donde la estructura de ventilación se extiende desde al menos una porción de la superficie interna de un canal (604A, 604B, 604C, 704A, 704B, 704C, 804A, 804B, 804C, 904A, 904B, 904C, 1004A, 1004B, 1004C) hacia el extremo aguas abajo
11. Una turbina que comprende una estructura de redireccionamiento de fluidos como se mencionó en la reivindicación 7, en donde la estructura de redireccionamiento de fluidos (600, 700, 800, 900, 1000) se une a una estructura de cubo (120) de la turbina (15) mediante el mecanismo de unión.
12. Una turbina que comprende una estructura de redireccionamiento de fluidos como se mencionó en la reivindicación 8, en donde la estructura de redireccionamiento de fluidos (600, 700, 800, 900, 1000) se une a las palas del rotor (400) de la turbina (15) mediante el mecanismo de unión.
13. La estructura de redireccionamiento de fluidos de acuerdo con una de las reivindicaciones de la 1 a la 12, que comprende además:
uno o más sensores asociados con el extremo aguas arriba (602U, 702U, 902U) para detectar la dirección y/o la velocidad del viento.
14. La estructura de redireccionamiento de fluidos de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones de la 1 a la 8, en donde cada canal (604A, 604B, 604C, 704A, 704B, 704C, 804A, 804B, 804C, 904A, 904B, 904C, 1004A, 1004B, 1004C) se configura para recibir y dirigir el fluido incidente sobre el cuerpo rígido (602, 702) contra una superficie frontal de una turbina (15) o pala de hélice (400) correspondiente.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US11035340B2 (en) 2014-08-05 2021-06-15 Biomerenewables Inc. Fluidic turbine structure
MY196180A (en) * 2016-12-09 2023-03-20 Kinetic Nrg Tech Pty Ltd A Hydrokinetic Power Generator
DE102017114414B3 (de) * 2017-06-28 2018-07-05 Hochschule Rhein-Waal Aerodynamische Struktur, Verfahren zur Herstellung und Verwendung einer solchen
EP3502353B1 (en) 2017-12-22 2021-04-21 Siemens Gamesa Renewable Energy A/S Foundation building system for an offshore wind turbine and method for installation of an offshore wind turbine
WO2020047658A1 (en) * 2018-09-04 2020-03-12 Ryan Church Fluidic turbine structure
GB2606187B (en) * 2021-04-28 2023-06-14 Mlc Wind Turbine Ltd Improvements in and relating to wind turbines
WO2024074873A1 (en) 2022-10-06 2024-04-11 Mlc Wind Turbine Ltd Improvements in and relating to wind turbines
CN119593934B (zh) * 2024-12-11 2025-08-05 华电(云南)新能源发电有限公司 一种可调节叶片角度的减喘振低噪音风机叶片

Family Cites Families (42)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US2472357A (en) * 1946-01-16 1949-06-07 Wolf Abraham Mobile body
US3941504A (en) * 1974-08-28 1976-03-02 Snarbach Henry C Wind powered rotating device
US4368007A (en) * 1980-10-10 1983-01-11 Ely Walter K Fluid driven turbine
NL9301910A (nl) 1993-11-04 1995-06-01 Stork Prod Eng Windturbine.
FR2811380B1 (fr) 2000-07-06 2002-10-18 Pierre Claude Marie Moreau Rotor a fluide en forme de galaxie spiralee
GB2369161B (en) * 2000-11-20 2004-11-10 Ajoy Kumar Kundu Spinner for a propeller
EP1338793A3 (en) 2002-02-22 2010-09-01 Mitsubishi Heavy Industries, Ltd. Serrated wind turbine blade trailing edge
DE102006009480B4 (de) * 2006-02-27 2008-05-29 Eads Deutschland Gmbh Aerodynamisches Profil für Luftfahrzeuge und Windkraftanlagen sowie Verfahren zur Messung der Eisdicke auf einem aerodynamischen Profil
WO2008108881A2 (en) 2006-09-08 2008-09-12 Steven Sullivan Method and apparatus for mitigating trailing vortex wakes of lifting or thrust generating bodies
BRPI0720184A2 (pt) 2006-12-22 2013-12-31 Vestas Wind Sys As Turbina eólica, turbina eólica compreendendo um rotor com pás da turbina eólica cada uma possuindo uma extremidade de raiz conectada a um cubo da turbina eólica e uma extremidade de ponta, e pá de turbina eólica possuindo uma extremidade de raiz com meios para acoplamento da referida extremidade de raiz a um cubo de uma turbina eólica e uma extremidade de ponta possuindo a pequena aleta
CN101616839B (zh) 2007-02-08 2013-03-13 维姆工程集团有限公司 船用螺旋桨螺距调节装置
WO2009016666A1 (en) 2007-08-02 2009-02-05 Oxygen, S.P.A. Front carrier for motorcycles
EP2185810B1 (en) * 2007-08-08 2016-09-28 1070118 B.C. Ltd. Transverse-axis turbine with twisted foils
NL2000819C2 (nl) * 2007-08-17 2009-02-18 Stichting Energie Windturbine en rotorblad.
US8235662B2 (en) 2007-10-09 2012-08-07 General Electric Company Wind turbine metrology system
US8287243B2 (en) 2008-01-24 2012-10-16 General Electric Company Spinner of a wind turbine
EP2330293A1 (en) 2008-09-23 2011-06-08 Yunlong Zhang Wind turbine rotor with venturi tube effect
CN101550902B (zh) 2009-01-15 2013-04-24 张云龙 带短翼片的文丘里管效应的风力机转子
US8152464B2 (en) * 2008-11-20 2012-04-10 Anderson Jr Winfield Scott Tapered helical auger turbine to convert hydrokinetic energy into electrical energy
GB0908355D0 (en) 2009-05-15 2009-06-24 Bailey Ralph Peter S Wind turbine diffuser
CN102022262B (zh) 2009-08-25 2013-12-11 维斯塔斯风力系统集团公司 用于风轮机机舱的偏航系统和风轮机
WO2011118073A1 (ja) 2010-03-25 2011-09-29 Toto株式会社 光触媒塗装体
WO2011160061A2 (en) 2010-06-17 2011-12-22 Moriarty Donald E Vortex propeller
DK2402597T3 (en) 2010-06-29 2016-11-28 Siemens Ag The wind turbine yaw system and method for controlling thereof
EP2410171A1 (en) 2010-07-23 2012-01-25 Ewt Ip B.V. Wind turbine having a rotor with hub
TWI491536B (zh) 2010-09-10 2015-07-11 Akishima Lab Mitsui Zosen Inc 船舶之推進裝置及具備此裝置之船舶
US8029241B2 (en) 2010-09-15 2011-10-04 General Electric Company Wind turbine rotor blade with aerodynamic winglet
GB201016455D0 (en) 2010-09-30 2010-11-17 Imp Innovations Ltd Fluid flow modification
US8317483B2 (en) 2010-12-15 2012-11-27 General Electric Company Wind turbine rotor blade
DE102011010510A1 (de) * 2011-02-07 2012-08-09 Werner Asch Steuerung und Kontrolle inter- und intraspezifischer, sowie künstlicher Klangattrappen über piezokeramische oder sonstige akustische Lautgeber im Infra-, Ultraschall- und hörbaren Bereich zur Vertreibung von ausgewählten Tierfamilien (z.B. Fledermäusen...
US8308437B2 (en) * 2011-04-26 2012-11-13 General Electric Company Wind turbine with auxiliary fins
US8985947B2 (en) * 2011-11-14 2015-03-24 Siemens Aktiengesellschaft Power producing spinner for a wind turbine
WO2013083130A1 (en) 2011-12-09 2013-06-13 Vestas Wind Systems A/S Wind turbine including blades with suction side winglet
US9115699B2 (en) * 2012-02-28 2015-08-25 General Electric Company Ultrasonic sound emitting devices for wind turbines
DE102012203138A1 (de) * 2012-02-29 2013-08-29 Josef Moser Rotor für vertikale Windkraftanlage
US20140119914A1 (en) * 2012-11-01 2014-05-01 General Electric Company Load control system and method
US9125394B2 (en) * 2013-01-30 2015-09-08 General Electric Company Ultrasonic sound emitting devices for wind turbines
US9706766B2 (en) * 2013-06-25 2017-07-18 General Electric Company Active systems and methods for producing ultrasonic sound emissions from wind turbines
WO2014207015A1 (en) 2013-06-27 2014-12-31 Siemens Aktiengesellschaft Rotor blade with noise reduction means
US20150132141A1 (en) 2013-11-08 2015-05-14 Siemens Aktiengesellschaft Rotor blade of a wind turbine
CN204024906U (zh) 2014-07-24 2014-12-17 南京航空航天大学 一种控制风力机叶片载荷与变形的装置
US11035340B2 (en) * 2014-08-05 2021-06-15 Biomerenewables Inc. Fluidic turbine structure

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Publication number Publication date
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