ES2982671T3

ES2982671T3 - Elemento de turbulencia y método para producir un elemento de turbulencia

Info

Publication number: ES2982671T3
Application number: ES18807560T
Authority: ES
Inventors: Klaus Röhm
Original assignee: Wts Wind Tuning Systems GmbH
Current assignee: Wts Wind Tuning Systems GmbH
Priority date: 2017-11-02
Filing date: 2018-11-02
Publication date: 2024-10-17
Anticipated expiration: 2038-11-02
Also published as: DE202018006764U1; DK3704374T3; EP4345277A3; DE102018113800A1; WO2019086616A1; DE202018006760U1; DE202018006893U1; FI3704374T3; EP3704374A1; EP3704374B1; PT3704374T; PL3704374T3; EP4345277A2

Abstract

La presente invención se refiere a un elemento de remolino para hacer girar un flujo de fluido para un perfil aerodinámico giratorio o una turbina, que comprende: una parte de fijación, que está diseñada para fijarse a una superficie del perfil; y una parte activa de flujo, que está conectada a la parte de fijación y que tiene una placa deflectora que, al menos en algunas secciones, está formada con toda su sección transversal girada alrededor de un eje común. La presente invención también se refiere a un perfil aerodinámico que tiene un elemento de remolino de este tipo, y a un método para producir un elemento de remolino de este tipo. (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)

Description

DESCRIPCIÓN

Elemento de turbulencia y método para producir un elemento de turbulencia

Sector de la técnica

La presente invención se refiere a un elemento de turbulencia para hacer girar un flujo de fluido y para reducir el ruido y aumentar el rendimiento de un perfil aerodinámico giratorio, y a un método de fabricación de dicho elemento de remolino.

Antecedentes de la invención

En los perfiles aerodinámicos se produce un aumento del ruido, así como una mayor resistencia y cargas mecánicas, especialmente a altas velocidades y en el caso de pérdidas de flujo estáticas o dinámicas, también conocidas como pérdidas. Existen normas cada vez más estrictas sobre las emisiones de ruido, especialmente para las palas de los aerogeneradores, que influyen en el diseño y, en última instancia, en el rendimiento. Además, las circunstancias ambientales, como las ráfagas de viento, provocan paradas del flujo y las correspondientes cargas dinámicas y vibraciones. Esto conlleva problemas de homologación, restricciones en los ámbitos de aplicación y diseños de perfiles más grandes.

Los elementos de turbulencia se utilizan a menudo en los rotores de las turbinas eólicas, principalmente en las zonas radiales exteriores de las palas del rotor, donde predominan las velocidades de flujo más elevadas. Los elementos de turbulencia anteriores, denominados generadores de vórtices se utilizan para formar una capa límite turbulenta a lo largo de la superficie del perfil, que es menos susceptible de entrar en pérdida. El documento EP 2 824 320 A1 describe generadores de vórtices de este tipo, que se aplican en el lado de depresión en la zona delantera o central del perfil. También existen medidas de reducción de ruido para turbinas eólicas, principalmente en las zonas radiales exteriores de las palas del rotor. Estas soluciones están dirigidas al denominado vórtice de borde final, que se crea en el extremo del perfil. Esto es en gran parte responsable de las emisiones de ruido y crea una cierta resistencia o reduce la eficacia aerodinámica del perfil. Para reducir el vórtice del borde extremo, a veces se proporciona una estructura dentada, también conocida como serrado, situada en el borde extremo del perfil trasero. Por ejemplo, el documento DE 102014213929 A1 describe una estructura dentada de este tipo. El estado de la técnica es conocido por Gyatt G W: "DEVELOPMENT AND TESTING OF VORTEX GENERATORS FOR SMALL HORIZONTAL AXIS WIND TURBINES", Final Report DOE/NASA/0367-1, XX, XX, 1 July 1986.

Explicación de la invención

En este contexto, la presente invención tiene como objetivo establecer un nuevo enfoque para reducir el ruido, aumentar la eficiencia y reducir la carga sobre los perfiles aerodinámicos. Según la invención, este problema se solventa mediante un elemento de turbulencia con las características de la reivindicación 1 de la patente y/o mediante un método con las características de la reivindicación 12 de la patente.

En consecuencia, está previsto:

- Un elemento de turbulencia para hacer girar un flujo de fluido, en particular para un perfil aerodinámico giratorio o una turbina, con: una sección de fijación que está diseñada para fijarse a una superficie del perfil; y una sección activa de flujo unida con la sección de fijación, que presenta una placa de guía diseñada con toda su sección transversal retorcida alrededor de un eje común, o al menos en secciones. - Método de fabricación de un elemento de turbulencia según la invención, que comprende las etapas de:

proporcionar una lámina, en particular una lámina compuesta de fibras termoplásticas o una lámina metálica, que se corta para formar una sección aerodinámicamente activa; introducir la lámina en una herramienta de conformación, estando la herramienta diseñada como una herramienta de prensa de conformación, en particular una herramienta de prensa de conformación en caliente, y conformar la lámina mediante la prensa de conformado, aplicando una torsión parcial de al menos 10°, y hasta 90°, a toda su sección transversal alrededor de un eje común, utilizando la forma correspondiente de la herramienta de prensa de conformado.

La idea principal de esta invención es crear un elemento de turbulencia con una placa de guía retorcida en toda su sección transversal y fijarlo a un perfil aerodinámico giratorio mediante una sección de fijación separada de la sección activa aerodinámica. Esto permite una fabricación sencilla y un uso muy flexible del elemento de turbulencia. En particular, los vórtices generados de esta manera en un perfil aerodinámico pueden lograr diferentes efectos, dependiendo de la dimensión y la posición en la superficie del perfil. El elemento de turbulencia según la invención puede utilizarse no solo para generar capas límite turbulentas como un generador de vórtices, sino también para la reducción de ruido de manera similar a los dentados anteriores. En particular, según la invención, además de extenderse en forma de sierra más allá del borde del perfil, también se genera un vórtice adicional que reduce el vórtice del borde del perfil. En comparación con los dentados convencionales, esto reduce aún más las emisiones de ruido del perfil aerodinámico giratorio y aumenta aún más la eficiencia.

Por ejemplo, según la invención se puede conseguir un aumento del coeficiente de flotabilidad y del tiempo de deslizamiento, lo que en definitiva significa una reducción de la resistencia y un aumento del rendimiento, de hasta un 3% en comparación con los dentados convencionales. Además, se puede conseguir una reducción del ruido en un rango de al menos >1 dB(A) a >5 dB(A).

Con la reducción de ruido según la invención, es ventajosamente posible dimensiones más grandes o instalar un mayor número de equipos dentro de las normas de ruido. Así, se logra una sinergia entre el aumento del rendimiento y la reducción del ruido, garantizando además una fabricación simple y económica. La presente invención es aplicable en diversos tipos de perfiles aerodinámicos giratorios. Además de su aplicación en las palas de los rotores de aerogeneradores, también es posible su uso en hélices de propulsión u otros perfiles rotativos.

El rango de números de Reynolds para las aplicaciones según la invención es amplio, y se sitúa aproximadamente entre 1 * 10A5 y 1 * 10A7, especialmente entre 0,5 * 10A6 y 30 * 10A6. Ámbitos de aplicación imaginables, pero no exclusivos son, por ejemplo, para palas de rotor y hélices en el rango de 1 * 10A6 a 10 * 10A6 y para turbinas y carcasas de motores a reacción.

En el contexto de la presente invención, se entiende generalmente por lámina un producto semiacabado plano, sin que importe el material o su método de fabricación. Además de metales como aluminio, titanio, acero inoxidable o similares, también son adecuados los materiales plásticos, preferentemente los materiales compuestos de fibra, especialmente los materiales compuestos de fibra termoplástica. Puede ser, pero no necesariamente, un producto laminado. Se incluyen, entre otros, productos semiacabados planos o en forma de tiras que sean deformables. En el contexto de la presente invención, se entiende por placa de guía particularmente un producto semiacabado plano deformado por torsión en toda su sección transversal, diseñado para generar turbulencia en un flujo.

No obstante, también se incluyen elementos formados en 3D con una forma torsionada correspondiente.

Según la invención, la placa de guía está al menos parcialmente torsionada a lo largo de toda su sección transversal alrededor de un eje común. De este modo, sirve para la generación de vórtices con toda su sección transversal. En consecuencia, la placa de guía presenta un gradiente de inclinación de longitud constante o variable de acuerdo con la torsión practicada a lo largo de la sección transversal. Según la invención, esta inclinación puede distribuirse uniformemente o variar en intensidad a lo largo de la longitud. En particular, la inclinación puede aumentar a lo largo de la placa de guía, de modo que se logre una mayor aceleración o un mayor giro del vórtice a generar.

La torsión puede extenderse sobre un segmento angular, una rotación completa o varias rotaciones. Se contemplan particularmente torsiones a partir de >10°, preferiblemente a partir de >45°, hasta varias rotaciones, por ejemplo, hasta dos rotaciones completas (720°), sin excluir números de rotaciones aún mayores.

En la torsión pueden existir huecos locales, por ejemplo, en forma de ranuras en la placa de guía, o interrupciones o finalizaciones de la torsión, por ejemplo, con secciones rectas.

De este modo, dicha torsión también puede formarse mediante uno o varios dobleces de la placa de guía.

Según la invención, la placa de guía está diseñada en forma de triángulo, trapecio, segmento de círculo, segmento de elipse y/o polígono.

Además, también son posibles formas compuestas.

El dimensionamiento de la placa de guía, especialmente la forma básica de la placa de guía puede variar según el caso de aplicación. Se contemplan, por ejemplo, anchuras de 0,2 mm a 300 mm, espesores en el rango de 0,2 mm a 10 mm, preferiblemente de 0,25 mm a 5 mm, y longitudes desde 0,1 veces hasta 20 veces la anchura. El espesor se dimensiona siempre lo más pequeño posible para generar la menor resistencia posible con el borde que pueda formarse. En particular, el espesor se ajusta en función de la anchura y la longitud para proporcionar la rigidez suficiente para la turbulencia deseada y la resistencia adecuada para la vida útil esperada (por ejemplo, en caso de granizo).

También para la sección de fijación se contemplan diversas formas y métodos de fijación a la superficie del perfil. En una forma constructiva, la sección de fijación puede simplemente aplicarse o estar aplicada sobre la superficie del perfil, por ejemplo, mediante adhesivos o pegamento. En este caso, un espesor reducido de la sección de fijación es ventajoso para mantener lo más pequeña posible la arista que se forma en el borde de la sección de fijación. En particular, el borde frontal de la sección de fijación puede estar biselado, por ejemplo, con un chaflán, para suavizar la transición y minimizar así la resistencia.

En otra forma constructiva, se contempla la integración de la sección de fijación en la superficie del perfil. Por ejemplo, se puede prever una ranura o cavidad en la superficie del perfil correspondiente al espesor de la sección de fijación, en la cual se puede insertar dicha sección de fijación.

En una forma constructiva, la sección de fijación está formada del mismo producto semiacabado que la placa de guía. En su versión más simple, la sección de fijación tiene una forma plana que puede fijarse a la superficie del perfil de manera material o adhesiva. Además, son posibles formas adaptadas a la forma de la superficie del perfil, por ejemplo, con un pliegue o con una curvatura bidimensional o tridimensional.

Una fijación adhesiva de la sección de fijación permite una instalación posterior muy sencilla en perfiles aerodinámicos existentes, especialmente en aerogeneradores. Además, esto permite un refuerzo local de un perfil aerodinámico giratorio, en particular en la zona altamente cargada de los bordes de los perfiles.

Además, se contempla la incorporación de la sección de fijación en una cavidad o ranura de la superficie del perfil, por ejemplo, directamente en el borde del perfil. La sección de fijación está diseñada de acuerdo con la geometría de la ranura.

Además, es posible una configuración independiente de la sección de fijación respecto a la sección aerodinámicamente activa y una posterior unión de la sección aerodinámicamente activa con la sección de fijación. Para ello, se contemplan diversas uniones móviles o fijas. Por ejemplo, la sección de fijación puede estar formada como una especie de base a la que se fija o se monta la sección aerodinámicamente activa. También es posible una unión articulada o giratoria de la sección aerodinámicamente activa a la sección de fijación. Además, se considera una suspensión simple de la sección aerodinámicamente activa, por ejemplo, en un cable o cuerda tensada en la superficie del perfil.

En un perfil aerodinámico giratorio, la sección de fijación puede estar colocada o fijada en el lado de succión o superior del perfil, o en el lado de presión o inferior del perfil. También es posible que la sección de fijación se extienda sobre ambos lados del perfil, por ejemplo, en forma de V en sección transversal sobre el borde del perfil, posiblemente con un pliegue correspondiente en el área del borde del perfil.

En el contexto de la presente invención, el perfil aerodinámico giratorio o su superficie también incluyen componentes y sus superficies y bordes que están fijados al perfil, especialmente elementos dentados, alerones u otros similares. Por ejemplo, la sección de fijación también puede estar diseñada para ser instalada en elementos dentados de bordes serrados convencionales o para ser fijada en la superficie o el borde de un alerón, como una aleta de retroceso o un “flap Gurney”, y puede estar instalada en un perfil aerodinámico giratorio según la invención.

Los elementos de turbulencia según la invención pueden estar dispuestos en secciones del perfil aerodinámico giratorio. En particular, los elementos de turbulencia según la invención pueden combinarse con otras medidas aerodinámicas, como generadores de vórtices o bordes serrados, en un perfil aerodinámico giratorio.

El procedimiento de fabricación según la invención está diseñado para la producción sencilla de grandes cantidades de elementos de turbulencia de la invención. La conformación se realiza mediante la torsión de toda la sección transversal de la lámina alrededor de un eje común. Dependiendo del material de la lámina, este proceso de conformación puede llevarse a cabo en frío o en caliente.

En el caso de una herramienta de prensado, la forma de la herramienta con las correspondientes depresiones y/o elevaciones garantiza la torsión deseada al aplicar una fuerza normal. El ángulo de torsión está limitado a un máximo de un cuarto de vuelta, es decir, aproximadamente 90°, para asegurar la posibilidad de desmoldeo. En particular, en una herramienta de prensado adecuada, se pueden conformar en paralelo una gran cantidad de placas de guía colocadas conjuntamente, es decir, las placas de guía de varios elementos de turbulencia insertados o varias placas de guía de un solo elemento de turbulencia.

En el caso de actuadores rotativos, especialmente imanes rotativos, también conocidos como imanes de torsión, se trata preferentemente de actuadores magnéticos que pueden realizar un movimiento de rotación con un ángulo de giro y un par de torsión predeterminados. El ángulo de giro es generalmente menor o igual a media vuelta, es decir, 180°. El imán rotativo está preferentemente diseñado en función de su par de torsión para adaptarse a la forma y el material de la lámina. En particular, con una gran cantidad de imanes rotativos en paralelo, se pueden conformar en paralelo una gran cantidad de placas de guía colocadas conjuntamente.

Además, se contemplan otros métodos de fabricación del elemento de turbulencia, como procesos de formación en 3D, tales como impresión 3D o fresado 3D.

De las reivindicaciones secundarias adicionales y de la descripción, con referencia a las figuras del dibujo, se derivan configuraciones y desarrollos ventajosos.

Según una forma constructiva, la placa de guía está configurada girando sobre sí misma, de modo que el eje se encuentra dentro de la placa de guía. En particular, se trata de una torsión de la placa de guía a lo largo del eje. Especialmente, el eje se extiende en la dirección longitudinal de la placa de guía. De esta manera, la placa de guía se refuerza automáticamente mediante la deformación.

Según la invención, la placa de guía está configurada realizando una rotación de al menos 10°, en particular al menos un octavo de vuelta o aproximadamente 45°, preferiblemente al menos un cuarto de vuelta o aproximadamente 90° alrededor del eje. De este modo, se puede generar un giro suficiente en el flujo de aire, lo cual es adecuado para crear una capa límite turbulenta y/o reducir el vórtice del borde de salida. Además, estos ángulos de torsión se pueden lograr fácilmente en grandes cantidades utilizando métodos adecuados para la fabricación en masa, como el prensado.

Según una forma de realización, la placa de guía está diseñada de forma asimétrica para un flujo oblicuo, en particular de forma asimétrica en un saliente plano.

Por consiguiente, el recorte de la lámina ya está configurado de manera asimétrica antes del conformado. Después de la torsión, permanece la asimetría. Así, especialmente en aerogeneradores, la placa de guía se adapta a las condiciones de flujo oblicuo sobre la pala del rotor, que se producen debido a la rotación. Alternativa o adicionalmente, el recorte de la lámina puede tener diferentes tamaños y/o asimetrías en las placas de guía, o diferentes recortes de la lámina pueden tener diferentes tamaños y/o asimetrías en las placas de guía.

Según la invención, la placa de guía está configurada de manera helicoidal o en forma de hélice. En particular, se puede formar un eje central de la placa de guía con un elemento de refuerzo, por ejemplo, un perfil redondo central o un segmento de tubo, alrededor del cual se torsiona la lámina. De este modo, se proporciona una forma especialmente rígida. En particular, esto también permite configuraciones de rosca de múltiples hilos o una forma de hélice múltiple de la sección aerodinámicamente activa. Dichas configuraciones son adecuadas, por ejemplo, para secciones aerodinámicamente activas montadas de manera rotativa en la sección de fijación, ya que, debido a la autorrotación, es ventajoso tener una inclinación significativamente mayor y, en su caso, un mayor número de pasos de inclinación.

De acuerdo con una forma de realización, entre la sección de fijación y la sección aerodinámicamente activa del elemento de turbulencia, está previsto un tramo de alineación para orientar el eje del tramo aerodinámicamente activo de forma diferente al tramo de fijación. Por lo tanto, la orientación del eje de la placa de guía es ventajosamente independiente de la orientación de la sección de fijación determinada por la superficie del perfil. De este modo, la placa de guía puede estar orientada ventajosamente paralela o inclinada con respecto a la superficie del perfil. De esta manera, dependiendo de la posición y orientación, la placa de guía puede estar orientada en un perfil aerodinámico giratorio para la generación adicional de sustentación y/o para una mayor reducción de ruido. En particular, la orientación de la placa de guía se puede realizar individualmente adaptada a las condiciones locales tanto axial como radialmente sobre un perfil aerodinámico giratorio. El tramo de alineación puede, por ejemplo, describir una curvatura y/o un escalón y/o una forma curvada. Puede orientar la sección aerodinámicamente activa hacia un lado de succión o hacia un lado de presión. Alternativa o adicionalmente, es posible una componente de orientación lateral o radial.

De acuerdo con una forma de realización, la sección de fijación está formada de una sola pieza con la sección aerodinámicamente activa y/o con el tramo de alineación. En particular, se trata de una lámina de una sola pieza o de una tira de una sola pieza. En consecuencia, el elemento de turbulencia está fabricado a partir de una materia prima común, la cual está conformada en el área de la sección aerodinámicamente activa como una placa de guía y en el área de la sección de fijación se deja o se conforma en una forma adecuada para la fijación, por ejemplo, adaptada a la superficie del perfil. También el tramo de alineación puede estar formado de una sola pieza, por ejemplo, como una curvatura y/o un escalón y/o una forma curva de la materia prima.

De acuerdo con una forma de realización, la sección de fijación y la sección aerodinámicamente activa están formadas por dos partes diferentes que están acopladas entre sí. En particular, puede tratarse de un acoplamiento elástico, por ejemplo, mediante una unión elástica. Además, sería posible una suspensión de las secciones aerodinámicamente activas, por ejemplo, en un perno, alambre, cable o similar de la sección de fijación. La sección de fijación puede tener una amplia variedad de formas. Es posible, por ejemplo, una fijación plana sobre la superficie del perfil. También es posible una fijación en un borde de la superficie del perfil o en una cavidad de la superficie del perfil.

Según la invención están previstas varias secciones activas al flujo unidas con la sección de fijación.

En particular, estas están dispuestas en la sección de fijación con al menos esencialmente la misma orientación de los ejes. De esta manera se puede producir una pluralidad de secciones flujo-activas en un paso común, por una parte, y montarlas en un paso común, por otra parte. El número puede ser al menos dos y no hay límite superior. Es posible que se produzcan desviaciones en la alineación, especialmente debido a las condiciones de fabricación y/o de flujo. Preferiblemente, las secciones activas al flujo están dispuestas a intervalos regulares entre sí. Sin embargo, también son concebibles, por ejemplo, concentraciones localizadas o densidades crecientes de las secciones activas al flujo a lo largo del recorrido. En la práctica, la anchura de la sección de fijación estará limitada por un sistema de producción. Por ejemplo, sería concebible proporcionar cualquier anchura máxima de una sección de fijación con una densidad de hasta 1000 secciones aerodinámicamente activas por un metro de anchura de la sección de fijación. En particular, en el caso de una pala para el rotor de una turbina eólica, pueden proporcionarse densidades del orden de 5 a 50 secciones aerodinámicamente activas por un metro de anchura de la sección de fijación.

Según la invención, las secciones activas al flujo adyacentes están torsionadas alternativamente en diferentes direcciones para generar vórtices opuestos. De este modo, los vectores de velocidad que se encuentran en las zonas de intersección de los vórtices son siempre concordantes. Esto es particularmente ventajoso en densidades altas o en pequeñas separaciones de las secciones aerodinámicamente activas. Así, se reduce la fricción entre los vórtices, lo que da como resultado una menor resistencia total. De esta manera, se puede lograr el mismo efecto de los elementos de turbulencia con una resistencia reducida.

Según una forma de realización no reivindicada de un perfil aerodinámico giratorio, la sección activa al flujo está dispuesta en el área de un borde de la superficie del perfil, y está prevista para generar un torbellino que reduce el vórtice del borde. En particular, la sección activa al flujo está dispuesta sobresaliendo más allá del borde del perfil, donde se forma el vórtice del borde frontal. De esta manera, se maximiza el efecto reductor sobre el vórtice del borde final. Así, en comparación con los bordes serrados convencionales, se logra un efecto adicional que contribuye a la reducción del ruido y al aumento de la eficiencia, y posiblemente a la reducción de las cargas estáticas y/o dinámicas.

Según otra forma de realización no reivindicada del perfil aerodinámico giratorio, la sección activa al flujo está dispuesta en la superficie del perfil y está prevista para generar un vórtice que evita la separación del flujo de la superficie del perfil. En particular, de este modo se genera una capa límite turbulenta. De esta manera, el elemento de turbulencia según la invención está previsto en lugar de los generadores de vórtices convencionales.

Según una forma de realización no reivindicada del perfil aerodinámico giratorio, se prevé una pluralidad de elementos de turbulencia. Alternativa o adicionalmente, puede estar previsto al menos un elemento de turbulencia, es decir, uno o varios, que tenga una pluralidad de secciones aerodinámicamente activas. Las secciones aerodinámicamente activas adyacentes están torsionadas alternativamente en diferentes direcciones para generar vórtices opuestos. En las áreas de influencia mutua de los vórtices adyacentes, sus vectores de velocidad en la dirección circunferencial son concordantes. De esta manera se consigue que los torbellinos existan uno al lado del otro con una fricción significativamente menor que en el caso de los torbellinos que giran en el mismo sentido. Así, se reduce la resistencia generada por los elementos de turbulencia, especialmente en áreas de ángulos de ataque (AoA) pequeños, como los que se encuentran en la parte exterior de las palas del rotor.

Las configuraciones y desarrollos anteriores pueden combinarse entre sí de manera arbitraria, siempre que sea razonable. En particular, todas las configuraciones del elemento de turbulencia son aplicables al perfil aerodinámico giratorio y al método de fabricación de un elemento de turbulencia, y, cuando sea apropiado, también de manera inversa.

Breve descripción de los dibujos

La presente invención se explica con más detalle a continuación mediante los ejemplos de realización indicados en las figuras esquemáticas del dibujo. En ellas se muestran:

Figura 1 una vista en perspectiva de un elemento de turbulencia.

Figura 2 una vista lateral del elemento de turbulencia según la Figura 1.

Figura 3 una vista superior esquemática de un elemento de turbulencia con una pluralidad de secciones aerodinámicamente activas.

Figura 4 una vista superior esquemática de un elemento de turbulencia según otra forma de realización.

Figura 5 una vista en sección esquemática de un perfil aerodinámico.

Figura 6 una vista en sección esquemática de un perfil aerodinámico según otra forma de realización.

Figura 7 una vista en sección esquemática de un perfil aerodinámico según una forma de realización adicional.

Figura 8 una vista en sección esquemática de un perfil aerodinámico según otra forma de realización.

Figura 9 una vista en sección esquemática de un perfil aerodinámico según otra forma de realización.

Figura 10 una vista en perspectiva detallada de una placa de guía según una forma de realización.

Figura 11 una vista posterior de la placa de guía según la Figura 10.

Figura 12 una vista en perspectiva del área de un borde de perfil con un elemento de turbulencia.

Figura 13 una vista en perspectiva de un perfil aerodinámico con un borde de perfil según la Figura 12.

Figura 14 una vista posterior del perfil aerodinámico según la Figura 13.

Figura 15 una vista en perspectiva de un perfil aerodinámico según otra forma de realización.

Figura 16 una vista superior del perfil aerodinámico según la Figura 15.

Figura 17 una vista posterior del perfil aerodinámico según las Figuras 15 y 16.

Figura 18 una vista en perspectiva de una placa de guía según otra forma de realización.

Figura 19 una vista superior de la placa de guía según la Figura 18.

Figura 20 una vista posterior de la placa de guía según las Figuras 18 y 19.

Figura 21 una vista superior esquemática de elementos de turbulencia según otra forma de realización.

Figura 22 una vista lateral esquemática de una sección de un perfil aerodinámico con elementos de turbulencia según la Figura 21.

Figura 23 una vista superior esquemática de un elemento de turbulencia según otra forma de realización.

Figura 24 una vista frontal de una sección aerodinámicamente activa con varias placas de guía.

Figura 25 una vista lateral esquemática de la sección aerodinámicamente activa según la Figura 24.

Figura 26 una vista lateral de un elemento de turbulencia según otra forma de realización.

Figura 27 una vista lateral de un elemento de turbulencia según una forma de realización adicional.

Figura 28 una vista en perspectiva de un elemento de turbulencia según otra forma de realización.

Figura 29 una vista en perspectiva de un elemento de turbulencia según una forma de realización adicional. Figura 30 una vista en perspectiva de un elemento de turbulencia según otra forma de realización.

Figura 31 una vista posterior del elemento de turbulencia según la Figura 30.

Figura 32 una vista en perspectiva esquemática de una sección de un perfil aerodinámico según otra forma de realización.

Figura 33 una vista superior del perfil aerodinámico según la Figura 32.

Figura 34 una vista lateral esquemática de un perfil aerodinámico según otra forma de realización.

Figura 35 una vista lateral esquemática de un perfil aerodinámico según una forma de realización adicional. Figura 36 una vista frontal de una placa de guía torsionada.

Figura 37 una vista frontal de una placa de guía torsionada en sentido contrario.

Figura 38 una representación esquemática de unas placas guía torsionadas en sentidos contrarios dispuestas una al lado de la otra.

Figura 39 una representación esquemática de las condiciones de flujo en un perfil aerodinámico.

Figura 40 una representación esquemática de las condiciones de flujo en un perfil aerodinámico según otra forma de realización.

Figura 41 una vista superior de una pala de rotor según una forma de realización.

Figura 42 una vista detallada del borde de la pala de rotor según la Figura 41.

Figura 43 una representación esquemática de una turbina eólica con un rotor que tiene un perfil aerodinámico según la invención.

Figura 44 una representación esquemática de una carcasa de turbina que tiene un perfil aerodinámico según la invención.

Figura 45 una representación esquemática de una sección de fijación y una sección aerodinámicamente activa separadas.

Figura 46 una representación esquemática de un elemento de turbulencia con las partes según la Figura 45. Figura 47 una construcción esquemática de un túnel de viento.

Figura 48 una vista lateral del montaje de medición de ruido en el volumen de medición del túnel de viento según la Figura 47.

Figura 49 un diagrama de un resultado de medición con el montaje de medición según la Figura 48.

Figura 50 otro diagrama de un resultado de medición con el montaje de medición según la Figura 48.

Figura 51 una vista superior de un borde serrado estándar trapezoidal.

Figura 52 una vista superior torsionada de un borde serrado estándar trapezoidal.

Figura 53 una vista en perspectiva desde arriba y al frente de un borde serrado trapezoidal torsionada de 45 a 180 grados.

Figura 54 una vista superior de un borde serrado trapezoidal torsionada de 45 a 180 grados.

Figura 55 una vista frontal de un borde serrado trapezoidal torsionada de 45 a 180 grados.

Figura 56 una vista en perspectiva de un borde serrado.

Figura 57 una simulación numérica de pérdida de sustentación dinámica con el código DLR-TAU.

Figura 64 un diagrama de coeficiente de resistencia de otra forma de realización.

Figura 65 un diagrama de coeficiente de momento de torsión de otra forma de realización.

Figura 66 un diagrama de relación de planeo de otra forma de realización.

Figura 67 una herramienta de conformado para la fabricación de un elemento de turbulencia.

Figura 68A una lámina antes de la conformación.

Figura 58 una representación esquemática de vórtices opuestos en el borde de salida de una pala de rotor debido a bordes serrados opuestas.

Figura 59 un diagrama de coeficiente de sustentación.

Figura 60 un diagrama de coeficiente de resistencia.

Figura 61 un diagrama de coeficiente de momento de torsión.

Figura 62 un diagrama de relación de planeo.

Figura 63 un diagrama de coeficiente de sustentación de otra forma de realización.

Figura 68B un elemento de turbulencia con una placa de guía torsionada.

Las figuras adjuntas del dibujo están destinadas a proporcionar una mayor comprensión de las formas de realización de la invención. Ilustran formas de realización y, en relación con la descripción, sirven para explicar los principios y conceptos de la invención. Otras formas de realización y muchos de los beneficios mencionados se derivan en relación con los dibujos. Los elementos de los dibujos no están necesariamente mostrados a escala entre sí.

En las figuras del dibujo, los elementos, características y componentes iguales, funcionalmente equivalentes y que actúan de la misma manera están indicados, salvo que se indique lo contrario, con los mismos números de referencia.

REALIZACIÓN PREFERENTE DE LA INVENCIÓN

La Figura 1 muestra una vista en perspectiva de un elemento de turbulencia 1.

El elemento de turbulencia 1 está diseñado para hacer girar en un flujo de fluido y está previsto para un perfil aerodinámico. Presenta una sección de fijación 2, que aquí se muestra solo parcialmente, y está diseñada para fijarse a una superficie del perfil. A la sección de fijación 2 está conectada una sección activa al flujo 3, que incluye una placa de guía 4.

La placa de guía está torsionada a lo largo de toda su sección transversal alrededor de un eje común 5. Esto le permite impartir un giro al flujo que pasa a lo largo de la placa de guía, generando así un vórtice.

En la forma de realización mostrada, la placa de guía 4 está torsionada sobre sí misma, de modo que el eje 5 se encuentra dentro de la placa de guía 4. Se trata de una torsión de la placa de guía 4.

En este ejemplo, la placa de guía 4 se gira un cuarto de vuelta, es decir, aproximadamente 90° alrededor del eje 5. De manera ventajosa, el elemento de turbulencia 1 no presenta cortes profundos, lo que facilita su fabricación en grandes cantidades, por ejemplo, mediante moldeo por compresión.

Un método para fabricar dicho elemento de turbulencia 1 comprende, por ejemplo, los pasos de proporcionar una lámina, en particular una lámina compuesta de fibras termoplásticas o una lámina metálica, que se corta para formar la sección activa al flujo 3, introducir la lámina en una herramienta de conformación por prensado, particularmente en el caso de un material termoplástico, una herramienta de prensado en caliente, y conformar la lámina mediante la prensa aplicando una torsión de aproximadamente 90° a lo largo de toda su sección transversal alrededor del eje común 5, lo cual se realiza mediante la forma correspondiente de la herramienta.

Por supuesto, también serían posibles otros procesos de fabricación de conformado para dar forma al recorte. Además, serían concebibles métodos de fabricación generativa, en particular impresión 3D, o métodos de fabricación sustractiva, en particular fresado 3D, así como moldeo por inyección para la producción de la forma de la placa de guía.

La Figura 2 muestra una vista lateral del elemento de turbulencia 1 según la Figura 1.

En esta vista se puede observar que la sección activa al flujo 3 tiene su eje 5 orientado de manera diferente en comparación con la sección de fijación 2. El elemento de turbulencia 1 presenta para ello un tramo de alineación 6, en el cual, en la forma de realización mostrada, por ejemplo, se proporciona un pliegue 9 que alinea la sección activa al flujo 3 en la transición entre la sección de fijación 2 y la placa de guía 4. De este modo, la sección activa al flujo 3, o su eje 5, puede alinearse independientemente de la forma de un perfil aerodinámico giratorio al que se pueda fijar la sección de fijación 2.

En esta forma de realización, la sección de fijación 2 está formada en una sola pieza con la sección activa al flujo 3 y el tramo de alineación 6. Se trata de una tira de una sola pieza, formada a partir de un producto semiacabado plano común, por ejemplo, una lámina metálica o una lámina compuesta de fibra termoplástica.

La materia prima de la lámina puede suministrarse, por ejemplo, en forma de láminas enrolladas en rollos.

La Figura 3 muestra una vista superior esquemática de un elemento de turbulencia 1 con una pluralidad de secciones aerodinámicamente activas 3.

La pluralidad de secciones activas al flujo 3 está conectada a una sección de fijación común 2. En este ejemplo de realización, las secciones activas al flujo 3 están dispuestas adyacentes entre sí en la sección de fijación 2. La alineación de los ejes respectivos 5 de las secciones activas al flujo 3 es en gran medida la misma, es decir, con desviaciones angulares mínimas, por ejemplo, en el rango de menos de 20° respecto a la paralela.

Las secciones activas al flujo 3 individuales están formadas aquí con una base trapezoidal. Por ejemplo, en el lado izquierdo de la ilustración se recortan huecos triangulares en una lámina plana. Posteriormente, las placas de guía 4 de las secciones activas al flujo 3 se torsionan alrededor de sus respectivos ejes 5 mediante un proceso de conformado.

En la forma de realización mostrada, las placas de guía 4 están torsionadas alrededor de sus respectivos ejes 5 aproximadamente un octavo de vuelta, es decir, unos 45°. Las secciones activas al flujo 3 adyacentes están torsionadas en direcciones alternas. De este modo, el elemento de turbulencia 1 puede generar una pluralidad de vórtices opuestos entre sí.

La Figura 4 muestra una vista superior esquemática de un elemento de turbulencia 1 según otra forma de realización.

En esta forma de realización también se prevé una pluralidad de secciones activas al flujo 3 conectadas a una sección de fijación común 2. A diferencia de la Figura 3, las secciones activas al flujo 3 con sus placas de guía 4 están aquí dispuestas a intervalos regulares entre sí. La separación es, por ejemplo, la anchura de una placa de guía 4.

Otra diferencia de esta realización con respecto a la Figura 3 es que las placas de guía 4 están, por un lado, en la misma dirección y, por otro, están cada una más torsionada alrededor del eje 5. A modo de ejemplo, se trata de media torsión en cada caso, es decir, una torsión de unos 180°

Dicha torsión se puede realizar mediante un método para fabricar un elemento de turbulencia 1, que incluye los pasos de proporcionar una lámina, en particular una lámina compuesta de fibras termoplásticas o una lámina metálica, que se corta para formar las secciones activas al flujo 3; introducir la lámina en una herramienta que está configurada como una matriz acoplada a un eje de rotación de un actuador rotativo, especialmente un imán rotativo; y conformar la lámina mediante el actuador rotativo, especialmente un imán rotativo, aplicando una torsión a lo largo de toda su sección transversal de hasta 180° alrededor de un eje común 5 mediante la rotación del imán rotativo.

En particular, se puede prever una cantidad de imanes rotativos que corresponda a la cantidad de secciones a torsionar. De este modo, todas las secciones activas al flujo pueden torsionarse simultáneamente, lo que permite tasas de ciclo relativamente altas y, por lo tanto, tiempos de producción cortos.

Dependiendo del material, la lámina puede calentarse antes de la torsión, al menos en el área de las secciones a torsionar, por ejemplo, mediante un calentador de contacto o mediante aire caliente. De este modo, también es posible una conformación en caliente mediante los imanes rotativos.

En otras formas de realización, alternativamente o además de los imanes rotativos, se puede utilizar un robot industrial para la torsión. En consecuencia, la matriz estaría acoplada a un eje de rotación de un robot industrial y la torsión se realizaría mediante la rotación del eje de rotación. En este caso, sería posible una torsión secuencial de las secciones a torsionar, una tras otra, mediante el robot industrial.

La Figura 5 muestra una vista en sección esquemática de un perfil aerodinámico 10.

El perfil aerodinámico giratorio 10 está formado aquí, a modo de ejemplo, como una pala de rotor 17 y se muestra solo en el área de su borde final del perfil 13.

El perfil aerodinámico giratorio 10 tiene una superficie de perfil 11 que se extiende en la parte superior e inferior, así como a lo largo del borde final del perfil 13. En la forma de realización mostrada, la parte inferior del perfil aerodinámico giratorio es una superficie de presión y la parte superior es una superficie de succión.

En la superficie de perfil 11 se fija un elemento de turbulencia 1. En la forma de realización mostrada, la sección de fijación 2 está fijada en la parte inferior o superficie de presión en el área del borde final del perfil 13. La sección activa al flujo 3 está orientada para generar turbulencia en un flujo 12 que pasa a lo largo de la superficie de perfil 11, el cual se simboliza esquemáticamente con flechas. En la forma de realización mostrada, la sección activa al flujo 3 sobresale del borde final del perfil 13. Solo con la presencia de la sección activa al flujo 3 en el área del borde de salida, se reduce el vórtice del borde final, de manera similar a los bordes serrados convencionales. Sin embargo, la sección activa al flujo 3 está diseñada además para generar un torbellino que reduce el vórtice del borde final. De este modo, se reduce adicionalmente el vórtice que se forma en el área del borde final del perfil 13.

Además, la sección activa al flujo 3 está inclinada hacia abajo en un ángulo a con respecto a la sección de fijación 2 y, en consecuencia, con respecto a la superficie del perfil 11 por medio del tramo de alineación 6, que en este ejemplo tiene un codo 9. De este modo, además de generar un torbellino e influir en el vórtice del borde final, se consigue una especie de extensión local del perfil, que genera una sustentación adicional.

La Figura 6 muestra una vista en sección esquemática de un perfil aerodinámico giratorio 10 según otra forma de realización.

Esta forma de realización se diferencia de la Figura 5 en que el tramo de alineación 6 está formado por una curva prolongada en lugar de un pliegue, que se extiende dentro de la sección activa al flujo.

La Figura 7 muestra una vista en sección esquemática de un perfil aerodinámico giratorio 10 según otra forma de realización adicional.

Esta forma de realización se diferencia de la Figura 5 en que la sección de fijación 2 está aquí fijada en la parte superior del perfil, es decir, en la superficie de succión de la pala del rotor 17. Además, en esta forma de realización, la sección activa al flujo 3 sigue esencialmente la forma de la parte superior del perfil 11 sobre el borde final del perfil 13. De este modo, se logra una posición de la sección activa al flujo 3 comparable a la de la Figura 5. El tramo de alineación 6 es, por lo tanto, esencialmente recto en esta forma de realización.

La Figura 8 muestra una vista en sección esquemática de un perfil aerodinámico giratorio 10 según otra forma de realización.

Esta forma de realización se diferencia de la Figura 7 por la forma del borde delantero 18 de la sección de fijación 2, que está provisto de un bisel. De este modo, se suaviza la transición y se evita la formación de vórtices en el borde 18, lo que reduce la resistencia al aire.

La Figura 9 muestra una vista en sección esquemática de un perfil aerodinámico según otra forma de realización.

Esta forma de realización también se basa en la forma de realización de la Figura 7, pero aquí la sección activa al flujo 3 está orientada hacia arriba. El tramo de alineación 6 incluye, por lo tanto, un pliegue hacia arriba. De este modo, la sección activa al flujo 3 está más alineada con el vórtice del borde. Esto logra una mayor reducción de ruido.

La Figura 10 muestra una vista en perspectiva detallada de una placa de guía 4 según una forma de realización.

La placa de guía 4 está formada con un producto semiacabado o lámina plana conformada, que a lo largo de su longitud está torsionada continuamente alrededor de un eje central 5 en un total de un cuarto de vuelta.

En su forma básica, la lámina está diseñada como un recorte con una longitud l y una anchura b.

En la forma de realización mostrada, la longitud l es significativamente mayor que la anchura b. La placa de guía 4 tiene dos bordes cortos 19, 20 que son rectos. Además, hay dos bordes largos 21, 22 que tienen una forma curva. La forma curva tiene una curvatura continua que crea un contorno abultado en la forma básica de la lámina. El borde corto delantero 19 es más ancho que el borde corto trasero 20, de modo que el punto más ancho o la parte abultada se encuentra más cerca del borde corto delantero 19.

Para la fabricación de la placa de guía 4, la lámina en su forma básica puede ser conformada en la forma correspondiente ya sea por prensado o mediante un actuador rotativo. En particular, el proceso de fabricación puede adaptarse al material de la lámina. Además de metales como aluminio, titanio, acero inoxidable o similares, también se consideran materiales plásticos, preferiblemente materiales compuestos de fibra, especialmente materiales compuestos de fibra termoplástica, como materiales para la placa de guía 4. Especialmente para aerogeneradores, estos materiales compuestos de fibra son ventajosos debido a sus coeficientes de expansión térmica muy similares a los materiales comúnmente utilizados para las palas del rotor. De este modo, la superficie de fijación de la sección de fijación, especialmente en el caso de una fijación adhesiva, está menos sujeta a tensiones y, por lo tanto, es duradera. Preferiblemente, se utilizan plásticos resistentes a los rayos UV y a la intemperie para garantizar una vida útil de al menos 5, particularmente al menos 10, preferiblemente al menos 20 años.

La placa de guía 4 está aquí diseñada como una sección activa al flujo 3 para un elemento de turbulencia 1 y se muestra independientemente de la sección de fijación 2. Para fabricar un elemento de turbulencia 1, la placa de guía 4 puede conectarse a una sección de fijación, en particular mediante un elemento de fijación, por ajuste de forma y/o por unión de materiales, por ejemplo, mediante pegamento, tornillos y/o remaches.

La Figura 11 muestra una vista posterior de la placa de guía 4 según la Figura 10.

Además de la torsión de 90°, se puede observar un desplazamiento lateral del borde corto trasero más estrecho en primer plano en relación con el borde corto delantero más ancho. Un producto semiacabado plano que forma la placa de guía 4 ya está cortado asimétricamente en una proyección plana para la fabricación de la placa de guía 4.

La Figura 12 muestra una vista en perspectiva del área de un borde final del perfil 13 con un elemento de turbulencia 1.

El elemento de turbulencia 1 está formado con una sección de fijación común 2 y una pluralidad de secciones activas al flujo 3. La estructura está diseñada esencialmente como se describe en relación con la Figura 1, donde la sección de fijación 2 se extiende en su anchura y se prevén más secciones activas al flujo 3 paralelas adicionales a intervalos regulares.

Las secciones activas al flujo 3 están aquí formadas con una sección cortada rectangularmente en su forma básica, que se torsiona aproximadamente 90° para formar la placa de guía 4 y se forma en una sola pieza con la sección de fijación común 2.

La sección de fijación 2 está fijada en la superficie de perfil 11 adyacente al borde final del perfil 13. Por ejemplo, la sección de fijación 2 está fijada por unión de materiales o adhesiva en la superficie de perfil 11. De este modo, estos elementos de turbulencia 1 son fáciles de instalar y, en particular, también se pueden adaptar fácilmente a perfiles aerodinámicos existentes, como los de aerogeneradores.

La Figura 13 muestra una vista en perspectiva de un perfil aerodinámico giratorio 10 con un borde final del perfil 13 según la Figura 12.

El perfil aerodinámico giratorio 10 se muestra aquí solo en una parte de su anchura y puede extenderse a cualquier anchura deseada. En particular, solo una parte de la anchura del perfil aerodinámico giratorio 10 puede estar equipada con el elemento de turbulencia 1. Por ejemplo, en una pala de rotor de un aerogenerador, la mitad radial externa puede estar equipada con uno o más elementos de turbulencia 1.

La Figura 14 muestra una vista posterior del perfil aerodinámico giratorio 10 según la Figura 13.

En esta vista se puede apreciar claramente un ángulo de torsión $ de las placas de guía 4 de las secciones activas al flujo de 90°, así como su espaciado regular con una distancia d. Las distancias d están dimensionadas de manera que por cada metro de ancho del perfil haya un número constante de secciones activas al flujo 3 distribuidas uniformemente.

La Figura 15 muestra una vista en perspectiva de un perfil aerodinámico giratorio 10 según otra forma de realización.

La Figura 16 muestra una vista superior del perfil aerodinámico giratorio 10 según la Figura 15.

La Figura 17 muestra una vista posterior del perfil aerodinámico giratorio 10 según las Figuras 15 y 16.

Según esta forma de realización, el perfil aerodinámico giratorio 10 tiene un ancho predeterminado B, aquí meramente ejemplificado de 1 m, y un número predeterminado de secciones activas al flujo 3-1, 3-2, ..., 3-n, aquí meramente ejemplificado de 20 unidades. En consecuencia, la densidad de las secciones activas al flujo es n/B, aquí ejemplificado como 20 unidades por metro.

En otras formas de realización, la densidad puede variar, dependiendo del área de aplicación, entre 1 y 1000 por metro. Por ejemplo, en aerogeneradores, dicha densidad preferiblemente se encuentra entre 5 y 50 unidades por metro.

La Figura 18 muestra una vista en perspectiva de una placa de guía 4 según otra forma de realización.

La Figura 19 muestra una vista superior de la placa de guía 4 según la Figura 18.

La Figura 20 muestra una vista posterior de la placa de guía 4 según las Figuras 18 y 19.

La placa de guía 4 también está formada con un producto semiacabado o lámina plana conformada, que a lo largo de su longitud está torsionada continuamente alrededor de un eje central 5. La torsión aquí es de media vuelta, es decir, un ángulo de torsión $ de 180°.

En su forma básica, la lámina está diseñada como un recorte en forma de paralelogramo, aquí ejemplificado como un recorte rectangular, con una longitud l y una anchura b. En la forma de realización mostrada, la longitud l es varias veces mayor que la anchura b. La placa de guía 4 tiene dos bordes cortos 19, 20 que son rectos. Además, hay dos bordes largos 21,22 que también son rectos.

Para la fabricación de la placa de guía 4, la lámina en su forma básica puede ser torsionada mediante un actuador rotativo. En particular, el proceso de fabricación puede adaptarse al material de la lámina. Además de metales como aluminio, titanio, acero inoxidable o similares, también se consideran materiales plásticos, preferiblemente materiales compuestos de fibra, especialmente materiales compuestos de fibra termoplástica, como material para la placa de guía 4, como se describe en relación con la Figura 10.

La placa de guía 4 también está diseñada aquí como una sección activa al flujo de un elemento de turbulencia 1 y se muestra independientemente de una sección de fijación 2. Para fabricar un elemento de turbulencia 1, la placa de guía 4 puede conectarse a una sección de fijación 2.

La Figura 21 muestra una vista superior esquemática de elementos de turbulencia 1 según otra forma de realización.

Aquí se muestran esquemáticamente dos elementos de turbulencia 1 dispuestos uno al lado del otro.

Los elementos de turbulencia 1 están formados como se describe en la forma de realización de la Figura 10, con un producto semiacabado plano abultado que tiene dos bordes cortos rectos 19, 20 y dos bordes largos curvos 21, 22. A diferencia de la Figura 10, aquí se prevé una torsión de media vuelta alrededor del eje 5.

Además, en esta forma de realización, la sección de fijación 2 está directamente integrada en la placa de guía 4 de la sección activa al flujo 3. La placa de guía 4 tiene una abertura 23 que se puede encajar en un borde de un perfil aerodinámico, indicado esquemáticamente aquí, y está diseñada para una conexión de forma y/o de unión de materiales con el perfil.

La Figura 22 muestra una vista lateral esquemática de una sección de un perfil aerodinámico giratorio 10 con elementos de turbulencia 1 según la Figura 21.

Los elementos de turbulencia 1 están encajados con su abertura 23 en el perfil aerodinámico giratorio 10 en el borde de perfil y están unidos por unión de materiales, por ejemplo, mediante una conexión adhesiva o soldada. La abertura 23 está adaptada a la forma del borde final del perfil 13.

La Figura 23 muestra una vista superior esquemática de un elemento de turbulencia 1 según otra forma de realización.

El elemento de turbulencia 1 según esta forma de realización se diferencia de la forma de realización según la Figura 21 por un refuerzo central 24 que se extiende a lo largo del eje 5 del elemento de turbulencia 1. Este refuerzo puede ser, en particular, un engrosamiento masivo del material o un refuerzo tubular. La torsión de la placa de guía 4, por lo tanto, se produce alrededor del refuerzo 24.

La Figura 24 muestra una vista frontal de una sección activa al flujo 3 de un elemento de turbulencia 1 con varias placas de guía 4.

La Figura 25 muestra una vista lateral esquemática de la sección activa al flujo 3 según la Figura 24.

En una sección activa al flujo 3 hay varios placas de guía 4, ejemplificados aquí con tres placas de guía 4. Cada una de las placas de guía 4 está torsionada en forma helicoidal alrededor de un eje central común 5.

En la forma de realización mostrada, las placas de guía 4 están directamente unidas entre sí en una zona de unión en el centro de la sección activa al flujo 3, es decir, en el área del eje 5. En otras formas de realización, también sería posible prever un refuerzo central 24, como se describe en la Figura 23, alrededor del cual se torsionan las placas de guía 4.

Por ejemplo, dicho componente puede fabricarse mediante un proceso de extrusión. La torsión puede aplicarse mediante torsión durante o después de la extrusión. Por supuesto, también son posibles métodos de fabricación generativa, como la impresión 3D, métodos de procesamiento 3D, como el fresado 3D, o el moldeo por inyección. Una sección activa al flujo 3 de este tipo puede estar diseñada específicamente como una sección activa al flujo rotatoria y, en consecuencia, puede montarse de manera rotativa alrededor del eje 5 en una sección de fijación 2, que en este caso puede estar diseñada, por ejemplo, como una base.

La Figura 26 muestra una vista lateral de un elemento de turbulencia 1 según otra forma de realización.

En esta forma de realización, el elemento de conexión 1 tiene una sección de fijación 2 que presenta dos brazos en forma de V 25. En el área de una zona de unión 26 que conecta los dos brazos 25, la placa de guía 4 está conectada a la sección de fijación 2 en el borde corto más ancho 19.

Además, el elemento de turbulencia 1 tiene, adyacente a la zona de unión 26, una sección activa al flujo 3 formada con una placa de guía 4 según la Figura 10. En otras formas de realización, también sería posible una sección activa al flujo 3 según otro ejemplo de realización.

La Figura 27 muestra una vista lateral de un elemento de turbulencia 1 según otra forma de realización adicional. En la vista mostrada, se puede observar una forma de placa de los brazos 25, que están diseñados para fijarse adhesivamente en una superficie de perfil. Adyacentes a los brazos 25 en la zona de unión 26, se prevén dos secciones activas al flujo adyacentes 3<a>, 3B. Estas están alineadas con sus ejes 5 paralelos, pero con una torsión opuesta. De este modo, se reduce la fricción entre los vórtices adyacentes, ya que estos presentan vectores de velocidad casi alineados en sus áreas de influencia. Esto se explica más detalladamente en la Figura 38.

La Figura 28 muestra una vista en perspectiva de un elemento de turbulencia 1 según otra forma de realización. Esta forma de realización se basa en la forma de realización según la Figura 27 y presenta una pluralidad de secciones activas al flujo adyacentes 3A, 3B dispuestas en direcciones opuestas.

La Figura 29 muestra una vista en perspectiva de un elemento de turbulencia 1 según otra forma de realización adicional.

En esta forma de realización, las disposiciones de las secciones activas al flujo 3, 3A, 3B están dispuestas de manera localmente diferente. En una parte del ancho del elemento de turbulencia 1, las secciones activas al flujo están espaciadas entre sí, aproximadamente el ancho de una placa de guía 4, como se describe en la Figura 14, y sus placas de guía 4 están alineadas en paralelo. Las placas de guía 4 están torsionadas en la misma dirección.

En una segunda sección, que aquí se ilustra de manera puramente ilustrativa en el lado derecho del elemento de turbulencia 1, la disposición cambia a una disposición de secciones activas al flujo adyacentes 3A, 3B, cuyos placas de guía 4A, 4B tienen una torsión opuesta. Solo se muestra un par de tales secciones activas al flujo adyacentes con torsión opuesta 3A, 3B. Por supuesto, la sección de secciones activas al flujo adyacentes con torsión opuesta 3A, 3B puede extenderse en cualquier longitud deseada o con una pluralidad de tales pares.

La Figura 30 muestra una vista en perspectiva de un elemento de turbulencia 1 según otra forma de realización. Esta forma de realización se diferencia de la forma de realización según la Figura 28 por las formas básicas de las placas de guía 4, que aquí tienen una forma trapezoidal.

Igual que en la descripción de la Figura 28, se trata de una pluralidad de secciones activas al flujo adyacentes 3A, 3B, que tienen placas de guía 4 torsionadas en direcciones opuestas. Un ángulo de torsión $ también está previsto aquí con 90°, es decir, un cuarto de vuelta.

A diferencia de la Figura 28, las secciones activas al flujo 3A, 3B aquí están adicionalmente anguladas a partir de la zona de la zona de unión 26, que aquí también forma un tramo de alineación 6. De este modo, se puede lograr una disposición con los efectos descritos en relación con las Figuras 5 y 9.

A modo de ejemplo, en una longitud de un metro se prevén aquí ocho pares 3A, 3B, es decir, una densidad de 16 secciones activas al flujo por metro.

La Figura 31 muestra una vista posterior del elemento de turbulencia 1 según otra forma de realización.

En esta forma de realización se prevé un número mayor de secciones activas al flujo 3A, 3B torsionadas en direcciones opuestas en comparación con las Figuras 28 y 30, que están dimensionadas correspondientemente más pequeñas. De este modo, se prevé aquí una mayor densidad de secciones activas al flujo 3A, 3B, ejemplificada en 36 unidades por metro.

La Figura 32 muestra una vista en perspectiva esquemática de una sección de un perfil aerodinámico giratorio 10 según otra forma de realización.

El perfil aerodinámico giratorio 10 tiene en esta forma de realización una estructura dentada convencional 28, es decir, extensiones dentadas o bordes serrados, en el borde final del perfil 13. A estas extensiones se ha añadido un elemento de turbulencia 1.

En la forma de realización mostrada, el elemento de turbulencia 1 está configurado esencialmente según la Figura 21 y se monta en el borde de una extensión dentada 28, por ejemplo, conectado mediante unión de materiales. La Figura 33 muestra una vista superior del perfil aerodinámico según la Figura 32.

En esta vista se puede observar una alineación oblicua de la sección activa al flujo 3 o de su eje 5, que está oblicuamente alineado con respecto al borde final del perfil 13. La placa de guía 4 está diseñada de forma asimétrica para la incidencia oblicua.

Preferiblemente, el producto semiacabado plano que forma la placa de guía 4 ya está cortado asimétricamente en una proyección plana para la fabricación de la placa de guía 4.

Esto se debe a que el flujo en los perfiles rotativos prácticamente incide oblicuamente con respecto a la cuerda del perfil. Con la placa de guía 4 oblicua o la alineación oblicua de la sección activa al flujo 3, se ajusta a esta alineación oblicua del flujo para evitar resistencias al flujo.

Debido a la desviación comparativamente larga sobre la extensión dentada 28, este efecto es mayor aquí que en las secciones activas al flujo montadas directamente en la superficie del perfil 11. Por supuesto, este concepto de alineación oblicua del flujo o alineación oblicua de la sección activa al flujo 3, en particular la configuración oblicua de la placa de guía 4, para reducir las resistencias, también es aplicable a los elementos de turbulencia 1 montados directamente en un perfil aerodinámico giratorio 10.

La Figura 34 muestra una vista lateral esquemática de un perfil aerodinámico según otra forma de realización. En esta forma de realización, un elemento de turbulencia 1 está montado en la superficie del perfil 11 aproximadamente en el centro de la sección del perfil. La sección activa al flujo 3 está, por lo tanto, dispuesta paralelamente a la superficie del perfil 11 y está destinada a generar un vórtice 16 que evita la separación del flujo de la superficie del perfil 11. En esta forma de realización, los elementos de turbulencia sirven principalmente para generar una capa límite turbulenta del flujo 12, lo que evita la separación del flujo.

La sección de fijación 2 está aquí configurada como parte de una lámina escalonada, en la cual también se encuentra un escalón previsto como tramo de alineación 6. Las secciones activas al flujo 3 están configuradas de la manera descrita en relación con la Figura 21 y están fijadas por unión de materiales en un borde posterior de la lámina escalonada.

En la forma de realización mostrada, solo se representan esquemáticamente 2 secciones activas al flujo 2. Por supuesto, una fila de secciones activas al flujo de este tipo, así como la lámina escalonada con la sección de fijación y alineación, se puede extenderse en cualquier ancho deseado, especialmente con una pluralidad de secciones activas al flujo 3 de este tipo. De este modo, pueden fijarse rápida y fácilmente a un perfil aerodinámico giratorio 10 como elemento de remolino 1 integrado o instalarse durante la producción o a posteriori.

Aquí se muestran a modo de ejemplo placas de guía 4 torsionadas en la misma dirección y espaciadas entre sí de las secciones activas al flujo 3. En otras formas de realización, también se pueden utilizar, especialmente en una disposición más densa de las secciones activas al flujo, placas de guía torsionadas en direcciones opuestas de secciones activas al flujo adyacentes 3A, 3B de la misma manera.

La Figura 35 muestra una vista lateral esquemática de un perfil aerodinámico giratorio 10 según otra forma de realización adicional.

Esta forma de realización se diferencia de la Figura 34 por una sección de fijación 2 y un tramo de alineación 6 individuales para cada sección activa al flujo 3. Esto permite una alta flexibilidad en la instalación y alineación. Por supuesto, también son posibles aquí diferentes direcciones de torsión, es decir, en la misma dirección y en direcciones opuestas.

La Figura 36 muestra una vista frontal de una placa de guía torsionada 4A.

La placa de guía 4A está torsionada a lo largo de su recorrido en el plano del dibujo en un cuarto de vuelta en sentido antihorario.

La Figura 37 muestra una vista frontal de una placa de guía torsionada en dirección opuesta 4B.

La placa de guía 4B está torsionada a lo largo de su recorrido en el plano del dibujo en un cuarto de vuelta en sentido horario.

La Figura 38 muestra una representación esquemática de placas de guía torsionadas en direcciones opuestas 4A, 4B dispuestas una al lado de la otra.

La torsión de las placas de guía 4A, 4B provoca una turbulencia en el aire que fluye sobre las placas de guía 4A, 4B. Los vórtices resultantes 15A, 15B tienen una rotación opuesta correspondiente a la torsión opuesta de las placas de guía 4A, 4B. En una zona de influencia de los vórtices 15A, 15B, que se encuentra aquí en el centro de la representación esquemática entre las placas de guía 4A, 4B, los vórtices 15A, 15B tienen vectores de velocidad circunferenciales 27 alineados, de modo que los vórtices 15A, 15B no se frenan entre sí, sino que son esencialmente concurrentes en la zona de influencia. De este modo, se genera significativamente menos resistencia aerodinámica que en el caso de vórtices concurrentes que tendrían direcciones opuestas en una zona de influencia.

En una forma de realización, se puede prever una pluralidad de tales elementos de turbulencia 1 o un elemento de turbulencia 1 que tenga una pluralidad de tales secciones activas al flujo 3. Las secciones activas al flujo 3A, 3B adyacentes están torsionadas en direcciones alternas para generar vórtices opuestos 15A, 15B, de modo que en las zonas de influencia mutua de los vórtices adyacentes 15A, 15B, sus vectores de velocidad circunferenciales 27 estén alineados.

La Figura 39 muestra una representación esquemática de las condiciones de flujo en un perfil aerodinámico giratorio 10.

El flujo 12 que pasa por la superficie del perfil 11 se desprende en el área del borde 13, donde los flujos de la superficie de presión y la superficie de succión del perfil se encuentran detrás del borde final del perfil 13 y se forma un vórtice de borde 14. Este vórtice de borde es más grande en ángulos de ataque grandes, por ejemplo, debido a ráfagas de viento, que en ángulos de ataque pequeños.

En el área del borde final del perfil 13, se prevé un elemento de turbulencia 1 con secciones activas al flujo 3A, 3B torsionadas en direcciones opuestas. Estos generan vórtices 15 que reducen el vórtice del borde.

Con la reducción del vórtice del borde 14, se reducen la resistencia aerodinámica y la emisión de ruido del perfil aerodinámico giratorio 10.

La Figura 40 muestra una representación esquemática de las condiciones de flujo en un perfil aerodinámico giratorio 10 según otra forma de realización.

El perfil aerodinámico giratorio 10 está configurado aquí como se explicó en relación con la Figura 22 y tiene elementos de turbulencia 1 con secciones activas al flujo 3 torsionadas en la misma dirección, que están espaciadas entre sí.

También está presente un vórtice de borde 14, pero no se muestra para mayor claridad. En el área del borde final del perfil 13, las secciones activas al flujo 3 de los elementos de turbulencia 1 generan vórtices 15 que reducen el vórtice del borde 14.

Debido al espaciado de las secciones activas al flujo 3, las áreas de influencia de los vórtices 15 son mínimas o despreciables.

Aquí también, con la reducción del vórtice del borde 14 lograda por las secciones activas al flujo 3, se reducen la resistencia aerodinámica y la emisión de ruido del perfil aerodinámico giratorio 10.

La Figura 41 muestra una vista superior de una pala de rotor 17 según una forma de realización.

La Figura 42 muestra una vista detallada del borde de la pala del rotor 17 según la Figura 41.

La pala del rotor es, por ejemplo, una pala de un aerogenerador. Esta tiene estructuras dentadas convencionales 28, llamados bordes serrados, en la mitad radial externa del borde del perfil trasero. En un borde radial externo de la pala del rotor, también se prevén elementos de turbulencia 1 según la invención. Por lo tanto, se trata de una disposición combinada de bordes serrados convencionales y elementos de turbulencia 1 según la invención.

En lugar de bordes serrados convencionales, en otras formas de realización también se pueden prever elementos de turbulencia 1 según la invención que se puedan fijar con la sección de fijación 2 en la superficie del perfil 11 en el área del borde del perfil, por ejemplo, según una de las formas de realización de las Figuras 3, 4, 12, 15, 28, 29 0 30.

Además, alternativa o adicionalmente, también se pueden prever elementos de turbulencia 1 según la invención en áreas centrales de la superficie del perfil, por ejemplo, en el área del eje de rotación 29, particularmente de la manera descrita en relación con las Figuras 34 y 35, para generar capas límite turbulentas en la superficie del perfil 11.

La Figura 43 muestra una representación esquemática de un aerogenerador 30 con un rotor 31 que tiene palas 33 con un perfil aerodinámico giratorio 10.

Las palas del rotor 17 están montadas en un buje 32, que está alojado en una góndola 34. La góndola 34 está dispuesta sobre una torre 35 y contiene un mecanismo de ajuste de las palas, una caja de engranajes, un freno y un generador. La torre 35 está diseñada para seguir la dirección del viento y puede girar alrededor del eje de la torre.

Dichos perfiles aerodinámicos 10 están previstos especialmente en la mitad radial externa de las palas del rotor, ya que es donde se alcanzan las velocidades absolutas más altas y, por lo tanto, se generan la mayor parte del ruido y la resistencia por fricción. Además, estas áreas, y en particular también el área interior de la pala del rotor, son propensas a la separación del flujo. Todos estos problemas pueden abordarse con elementos de turbulencia 1 según la invención.

La Figura 44 muestra una representación esquemática de una carcasa de turbina 36 no reclamada, que tiene un perfil aerodinámico giratorio 10.

En la carcasa de la turbina 36 se dispone una turbina que no se describe aquí en detalle, como es sabido por el experto en la materia. Juntas, la carcasa de la turbina y la turbina forman un motor para una aeronave o nave espacial, para los cuales también se aplican estrictas normas de ruido.

La turbina acelera un flujo de fluido esquemáticamente indicado con flechas aquí. La carcasa de la turbina 36 tiene en su lado de salida un perfil aerodinámico giratorio 10, que permite que el flujo de fluido salga con el menor ruido y resistencia posible. Los elementos de turbulencia según la invención reducen la fricción y/o el ruido, especialmente en el área de los bordes de salida del perfil aerodinámico giratorio 10 de la carcasa de la turbina.

En otras formas de realización, son posibles otras áreas de aplicación de los elementos de turbulencia según la invención, especialmente en otros perfiles rotativos. Por ejemplo, también se pueden utilizar en hélices o en otros objetos, especialmente rotativos, con flujos de fluidos.

La Figura 45 muestra una representación esquemática de secciones de fijación y secciones activas al flujo separadas.

La sección de fijación 2 y la sección activa al flujo 3 están formadas aquí con dos partes diferentes 7, 8. Las dos partes 7, 8 se pueden acoplar por ajuste de forma. Para ello, se prevé aquí, a modo de ejemplo, un saliente de enclavamiento 37 en la sección activa al flujo 3, que se puede insertar en una cavidad de enclavamiento 38 de la sección de fijación y así unirse por ajuste de forma.

El saliente de enclavamiento 37 tiene una cavidad 39 que puede acoplarse con los elementos de enclavamiento de la cavidad de enclavamiento 38.

La sección de fijación 2 es aquí, a modo de ejemplo, una sección de fijación en forma de V, donde la cavidad de enclavamiento 38 está prevista en el área de la zona de unión de la forma de V. De este modo, se puede proporcionar un espacio hueco en el área de la zona de unión 26 en el lado interior, en el cual se puede alojar el saliente de enclavamiento 37.

La Figura 46 muestra una representación esquemática de un elemento de turbulencia 1 con las partes 7, 8 según la Figura 45.

La sección de fijación 2, que representa la primera parte 7, está formada aquí con un ancho predeterminado B, a lo largo del cual están dispuestas una pluralidad de cavidades de enclavamiento 38 en el área de la zona de unión 26. Los segmentos activos por flujo 3, que representan la segunda parte 8, están insertados y enclavados en las cavidades de enclavamiento 38 con sus salientes de enclavamiento 37 según la dirección de la flecha dibujada. Así, se proporciona una conexión por ajuste de forma de las partes 7, 8.

La Figura 47 muestra una configuración esquemática de un túnel de viento 40.

El túnel de viento tiene un ventilador 41, un rectificador 42, una tobera 43 y un volumen de medición 44 adyacente a la tobera 43.

La Figura 48 muestra una vista lateral de la configuración de medición de una medición de ruido en el volumen de medición 44 del túnel de viento 40.

El volumen de medición 44 tiene un área de medición delimitada por plexiglás, que aquí se indica con líneas discontinuas. El área de medición tiene, por ejemplo, una superficie de sección transversal de aproximadamente 1000 mm x 800 mm

En el volumen de medición 44 se disponen un perfil aerodinámico giratorio 10 y un sensor de ruido 45 dispuesto a continuación en la dirección del flujo.

Con una disposición experimental de este tipo, se realizó una serie de pruebas para la reducción de ruido mediante elementos de turbulencia 1. Para ello, se realizaron mediciones de ruido con cuatro configuraciones diferentes de un perfil aerodinámico giratorio 10, así como una medición en el canal vacío. El perfil aerodinámico giratorio 10 a investigar se dispuso verticalmente en el canal de medición con un ligero ángulo de ataque de 4 grados.

Las siguientes configuraciones de una pala de rotor (modificación del borde de salida de la pala del rotor) debían analizarse desde el punto de vista acústico:

a) Pala de rotor sin bordes serrados (perfil NACA con banda de transición (Trip)

b) Pala de rotor según a) con bordes serrados estándar (estructura dentada con T rip)

c) Pala de rotor según a) con bordes serrados modificadas (elementos de turbulencia 1 con relación ancho/longitud de b/l = 10% y torsión en sentido contrario de 45 grados, así como con Trip) d) Pala de rotor con bordes serrados modificadas (elementos de turbulencia 1 con relación ancho/longitud de b/l = 20% y torsión en la misma dirección de 90 grados y espaciado, así como con Trip) e) Medición de comparación en el canal vacío

Para determinar las contribuciones de ruido provocadas por cada pala del rotor en el flujo, se realizaron mediciones de ruido en el flujo utilizando una sonda de tubo ranurado como sensor de ruido 45.

En el flujo libre, generalmente hay turbulencias y las fluctuaciones de presión y velocidad del flujo asociadas. Estas también son detectadas por el micrófono (sonda de tubo ranurado), además de las fluctuaciones de presión provocadas por las ondas sonoras. Al usar la sonda de tubo ranurado, se reduce la influencia de las turbulencias presentes en el flujo libre en el micrófono, minimizando así la distorsión de las mediciones de ruido en flujos.

El micrófono en la sonda de tubo ranurado se colocó en el centro del canal a una distancia de aproximadamente 50 cm detrás de la pala del rotor y a una altura de aproximadamente 25 cm. La sonda de tubo ranurado se orientó hacia la pala del rotor y, por lo tanto, en la dirección del flujo.

Las mediciones de ruido se realizaron a una velocidad de flujo en el canal de 50 m/s.

Los equipos de medición utilizados se enumeran en la siguiente tabla.

Designación Tipo Fabricante N.,° de serieDispositivo de medición multicanalMKII

Controlador PO 12 G2 Mecalc 1015M2292 Tarjeta de entrada SC42 Mecalc 0307M6825 Módulo de entrada ICP422 Mecalc 0206M1597

ICP422 0306M1758 ICP422 1007M9719 ICP422 1206M5503 Micrófono 377 802 PCB PBC LW135429 Preamplificador 426E01 PCB LW024755 Sonda de tubo ranurado Müller-BBM

Calibrador de ruido aéreo 4230 Brüel & Kjaer 1440751 Computadora: Lifebook E746 14" Fujitsu DSER006774 Software de adquisición y PAK Müller-BBM Versión 5.9 SR 3b Análisis de datos VAS

La calibración de los equipos de medición se verificó antes y después de las mediciones utilizando un calibrador. No se encontraron desviaciones. Como parte de un sistema de control de la calidad, los dispositivos también se supervisan y controlan regularmente.

La Figura 49 muestra un diagrama de un resultado de medición con la configuración de medición según la Figura 48.

La Figura 50 muestra otro diagrama de un resultado de medición con la configuración de medición según la Figura 48.

Se muestran tres mediciones en configuraciones de las palas del rotor como nivel de presión sonora ponderado A en dB(A) re 20 pPa en un ancho de banda de un tercio de octava para cada gráfico.

El aumento del nivel de presión acústica en la banda de frecuencias de la tercera octava con una frecuencia central de 630 Hz, presente en todos los resultados de las mediciones, se debe a las interferencias acústicas del montaje de medición.

En la Figura 49 se muestra una comparación de los resultados de medición en las configuraciones a), b) y e) a una velocidad de flujo de 50 m/s. La representación está en ancho de banda de tercio de octava de 31,5 Hz a 10 kHz en el eje X y el nivel de presión sonora de 50 a 90 dB en el eje Y.

La comparación de los resultados de las mediciones muestra que en la medición e) en el canal vacío se obtienen los niveles de presión sonora más bajos en el micrófono en casi todas las bandas de frecuencia. Los niveles de presión sonora medidos en las configuraciones a) sin bordes serrados (perfil NACA) y b) con bordes serrados estándar están aproximadamente 4 dB(A) por encima de los resultados de la medición e) en el canal vacío.

La Figura 50 muestra una comparación de los resultados de las mediciones en las configuraciones c) de la pala del rotor con elementos de turbulencia (45 grados torsionados en sentido contrario, b/l = 10%) y d) de la pala del rotor con elementos de turbulencia (90 grados torsionados en la misma dirección, b/l = 20% con espaciado) y la medición e) en el canal vacío. Se trata de una representación en ancho de banda de tercio de octava de 31,5 Hz a 10 kHz.

Resumen de los resultados de la medición de ruido:

Nivel de presión sonora total en dB (A) a) Pala de rotor sin bordes serrados 97,0 b) Pala de rotor con bordes serrados estándar 96,9

c) Pala de rotor con elementos de turbulencia (10%, 45°) 96,5

d) Pala de rotor con elementos de turbulencia (20%, 90°) 96,2

e) Medición de comparación en el canal de viento vacío 92,8

La Figura 51 muestra una vista superior de un borde serrado estándar trapezoidal.

La Figura 52 muestra una vista superior girada de un borde serrado estándar trapezoidal.

A velocidades elevadas y/o en pérdida estática y dinámica, se produce un aumento del ruido/ruido y de la resistencia y las cargas en los perfiles de las alas de las aeronaves con flujos de fluidos, en particular en las palas de los rotores de los aerogeneradores. Influencias como las ráfagas de viento y el efecto YAW provocan cargas dinámicas y vibraciones que llevan a los grandes sistemas a sus límites de carga. Hasta la fecha, estas raciones normalizadas se han utilizado para reducir el ruido y la resistencia.

La Figura 53 muestra una vista en perspectiva desde arriba-frontal de un borde serrado trapezoidal torsionado de 45 a 180 grados.

La Figura 54 muestra una vista superior de un borde serrado trapezoidal torsionado de 45 a 180 grados.

La Figura 55 muestra una vista frontal de un borde serrado trapezoidal torsionada de 45 a 180 grados.

La Figura 56 muestra una vista en perspectiva de un borde serrado.

Estructura de las bordes serrados y/o generadores de turbulencias:

Esta nueva tecnología de bordes serrados se basa en que estas tienen un dentado en forma de triángulo, trapecio, rectángulo o curva según el estándar de tecnología (Fig. 1 - 2), que se torsiona en forma helicoidal (por ejemplo, 10°, 20°, preferentemente 45°, más preferentemente 90°, y aún más preferentemente de 180° a aproximadamente 360°) (Fig. 53 - 54).

Además, los bordes serrados / generadores de turbulencias también puede ser y/o estar curvados y/o doblados una o varias veces (ver Fig. 55 y 56).

Los bordes serrados trapezoidales probados en el túnel de viento tienen una longitud cuatro veces mayor que su ancho y son trapezoidales o triangulares.

Los bordes serrados y/o generadores de turbulencias consisten en una base (elemento base) para la fijación y uno o más elementos torsionados en forma helicoidal y una zona de transición que conecta estos dos elementos, que puede ser curvada y/o angulada.

El borde serrado y/o generador de turbulencias individual puede consistir ventajosamente en una sola pieza de material o también puede ensamblarse a partir de varios elementos, por ejemplo, mediante pegado, atornillado, remachado.

Además, la forma helicoidal dentro de un dentado puede prever diferentes inclinaciones para, por ejemplo, aumentar la rotación del flujo y, por lo tanto, los efectos.

Este elemento de turbulencia también puede servir como sustituto de los generadores de vórtices, que se fijan individualmente o con varios elementos en una placa base. Estos también se pueden montar en la zona de bordes serrados existentes de cualquier fabricante.

El elemento de turbulencia / borde serrado según la invención también puede comenzar en el borde del perfil en un ángulo de 0 a 90 grados y luego continuar en forma helicoidal detrás del borde del perfil. Aquí, este también puede estar hecho de varias piezas, por ejemplo, mediante soldadura, soldadura fuerte, ensamblaje, etc.

Estos bordes serrados también se pueden montar en esta disposición en el borde del perfil (en la parte superior e inferior), formando una pequeña base que sirve para su fijación.

La Figura 57 muestra una simulación numérica de pérdida dinámica con el código DLR-TAU.

La Figura 58 muestra una representación esquemática de vórtices opuestos en el borde de un rotor debido a bordes serrados opuestos.

La Figura 58 muestra los vórtices concurrentes (en dirección opuesta adyacente) en el borde del perfil.

La Figura 59 muestra un diagrama de coeficiente de sustentación de bordes serrados trapezoidales del 10% (b/h=10%) montados en la parte inferior y bordes serrados del 20% montados en la parte superior.

Se muestra que los bordes serrados del 20% montados en la parte superior (lado de succión) generan una sustentación significativamente mayor que el perfil normal (tripped). Las bordes serrados del 10% montados en la parte inferior (lado de presión) generan una sustentación ligeramente menor.

La Figura 60 muestra un diagrama de coeficiente de resistencia de un perfil NACA 64-618 con bordes serrados trapezoidales del 10% montados en la parte inferior y bordes serrados del 20% montados en la parte superior. La Figura 61 muestra un diagrama de coeficiente de momento de un perfil NACA 64-618 con bordes serrados trapezoidales del 10% (b/h=10%) montados en la parte inferior y bordes serrados del 20% montados en la parte superior.

La Figura 62 muestra un diagrama de relación de planeo de un perfil NACA 64-618 con bordes serrados trapezoidales del 10% (b/h=10%) montados en la parte inferior y bordes serrados del 20% montados en la parte superior.

Se produce un aumento significativo de la sustentación en toda la gama de ángulos de ataque, especialmente con vórtices que giran en la misma dirección (los vórtices que giran a la izquierda y a la derecha directamente uno al lado del otro sorprendentemente genera menos resistencia que los vórtices opuestos).

Configuración de prueba y metodología de evaluación:

Los perfiles preparados se miden en el túnel de viento. El túnel de viento tiene una sección de medición cerrada con una sección transversal de h*b = 0.8 x 1m. Se pueden alcanzar velocidades de flujo de hasta 50 m/s con una intensidad de turbulencia de T_i = a_u/u - < 0.3%. La velocidad del flujo en el túnel de viento se determina mediante la presión dinámica p_d = puA2 = p_total - p_s, donde p_total es la presión total, p_s es la presión estática y p es la densidad del aire. Ambas presiones se promedian en ocho puntos en la cámara de entrada y la tobera del túnel de viento, y la presión dinámica se mide con un transductor de presión diferencial. La velocidad del flujo se calcula según u = V (2 p_d / p), con la densidad del aire p. Esto se determina teniendo en cuenta la presión atmosférica medida aguas abajo de la sección de medición, la temperatura y la humedad relativa, para compensar las influencias del clima o los cambios de temperatura en los resultados de la medición.

Para la medición aerodinámica de los perfiles del ala, éstos se fijan verticalmente a dos ejes en la sección de medición cerrada.

Las plataformas giratorias están empotradas en las placas base y superior, que están enrasadas con los extremos del perfil y desacopladas mecánicamente de las paredes del túnel de viento. De este modo, el perfil aerodinámico puede girar alrededor de su eje de cabeceo. Las células de carga multicomponente están integradas en los ejes exteriores de la sección de medición, lo que permite medir las fuerzas que se producen en tres direcciones espaciales y el momento de cabeceo. Además, el ángulo de cabeceo ajustado respectivo se registra con un codificador rotatorio.

Los coeficientes adimensionales de sustentación, resistencia y momento C_L, C_D y C_M de los perfiles de las alas a medir se calculan a partir de las fuerzas de sustentación y resistencia medidas F_L y F_D, así como del momento de cabeceo M según

y

con la densidad del aire p, la longitud de la cuerda c, la longitud del perfil S y la velocidad media del flujo u. En la medición aerodinámica de los perfiles de las alas se suelen aplicar correcciones de túnel de viento, que no se utilizan en esta evaluación. Para los perfiles aerodinámicos equipados con elementos que influyen en el flujo, no existe actualmente ningún método establecido.

Los bordes serrados a probar se fijan a su elemento base con cinta adhesiva de doble cara removible en el elemento de la pala del rotor.

Los elementos de la pala del rotor se equipan con una banda de turbulencia de 0.1 mm de grosor para simular un flujo ligeramente turbulento (utilizado en todas las mediciones).

En los diagramas, se representan los siguientes valores en el eje Y, mientras que el ángulo de cabeceo = ángulo de ataque se representa en el eje X:

Coeficiente de sustentación C_L

Coeficiente de resistencia C_D

Coeficiente de momento C_M

Relación de planeo = C_L/C_D

Los perfiles NACA 64618 y DU-W250 (perfiles exteriores de una pala de rotor) se prueban en el túnel de viento con varias variaciones de bordes serrados.

Se utilizan las siguientes abreviaturas:

NACA clean trip = Perfil NACA 64618 sin serraciones con banda de turbulencia

Trapez = Serraciones trapezoidales de 45 o 90 grados = Ángulo de torsión por longitud de serración del 10% o 20% = Longitud de la serración en % de la longitud del perfil

Cut = Hay un espacio entre cada diente de serración del ancho de un diente de serración (dientes de serración recortados)

Gs = Los dientes de serración adyacentes están torsionados en sentido opuesto

Resultados: Figuras 59-62

La relación de planeo del borde serrado del 20 % con corte trapezoidal a 90 grados es notablemente mayor que la del perfil NACA 64618 sin bordes serrados. Esto muestra una mejora muy significativa en el rendimiento.

La relación de planeo del borde serrado del 10 % con corte trapezoidal a 45 grados es un poco menos mayor que la del perfil NACA 64618 sin bordes serrados. Esto indica una mejora notable en el rendimiento.

Figuras 63 - 66

La relación de planeo del borde serrado del 10 % con corte trapezoidal a 45 grados instalado en la parte inferior es notablemente mayor que la del perfil NACA 64618 sin bordes serrados. Esto muestra una mejora muy significativa en el rendimiento.

La relación de planeo del borde serrado del 20 % con corte trapezoidal a 90 grados instalado en la parte superior es mayor que la del perfil NACA 64618 sin bordes serrados. Esto muestra una mejora notable en el rendimiento. Además, también se observa un rango más amplio de aumento de la relación de planeo hacia ángulos de ataque más altos.

Efecto:

Las aletas de contracorriente y/o los bordes serrados y/o los generadores de turbulencias aumentan la sustentación de la pala del rotor y, por lo tanto, también la producción de una planta de energía eólica en un rango de 1-10 %, preferiblemente 2-8 %, y más preferiblemente 3-5 %.

Las turbinas eólicas controladas por pérdida de sustentación tienen mayores efectos que las turbinas eólicas controladas por paso de álabes.

La reducción de ruido se produce mediante la generación de muchos vórtices rotatorios pequeños (en comparación con el vórtice de borde posterior del rotor = vórtice más posterior en la Fig. 58) en la dirección del flujo adyacente. Estos muchos vórtices pequeños pueden generarse en el mismo sentido o en sentido contrario al de la rotación (Figura 58).

Estos muchos vórtices pequeños crean una zona de vórtices de borde posterior más pequeña y, por lo tanto, menos resistencia, más sustentación y menos ruido debido al flujo turbulento.

El tamaño de los generadores de vórtices varía entre pocos milímetros y varios centímetros.

Estos generadores de vórtices también pueden colocarse específicamente al final de borde serrado más grande.

Estos también pueden añadirse posteriormente al rotor o a los bordes serrados existentes.

Con ello se logra una reducción del ruido de más de 2 dB(A), preferiblemente más de 3 dB(A) y más preferiblemente más de 5 dB(A).

Además, las aletas de flujo inverso y/o los bordes serrados y/o los generadores de turbulencia logran una reducción de la carga del aerogenerador de más de 5 %, preferiblemente más de 10 % y más preferiblemente más de 15 %.

Fabricación:

Los materiales para las aletas de flujo inverso y/o la tecnología de bordes serrados y/o generadores de turbulencia consisten preferiblemente en plástico reforzado con fibra termoplástica, como PC o PMMA, con alta resistencia ambiental/UV y durabilidad (incluyendo aditivos apropiados para protección UV y contra la intemperie).

La fabricación puede realizarse mediante moldes de termo-prensado y/o mediante el retorcido del dentado (p.ej., plástico reforzado con fibra termoplástica calentado) mediante actuadores de movimiento rotatorio, como electroimanes o motores paso a paso.

Esto también puede realizarse simultáneamente con muchos dientes individuales del dentado, ya sea simultánea o sucesivamente. De esta manera, se pueden lograr tiempos de producción cortos.

El plegado y/o deformación curva de las aletas de flujo inverso, bordes serrados o generadores de turbulencia puede realizarse mediante moldeo térmico, con o sin moldes, por ejemplo, mediante doblado. En particular, pueden experimentar múltiples deformaciones en 2D y en contornos 3D.

La fabricación mediante impresión 3D también es posible.

Los elementos también pueden consistir en diferentes materiales, como materiales plásticos reforzados con fibra (FVK), metales u otros plásticos (especialmente con alta resistencia UV y a la intemperie de al menos 5 años, preferiblemente al menos 10 años, y más preferiblemente al menos 20 años).

Aplicación: para alas, hélices, palas de rotor, turbinas, carcasas y otros objetos con flujos de fluidos.

La Figura 67 muestra una herramienta de conformado 47 para fabricar un elemento de turbulencia 1.

La herramienta de conformación 47 está diseñada como un soporte 48 conectado a un eje de rotación 49 de un imán de rotación 50. El soporte está diseñado para insertar una lámina que se va a retorcer, en particular una lámina o tira de lámina cortada para formar una sección activa aerodinámica 3.

La Figura 68A muestra una lámina 46 antes de la conformación.

Se trata de una lámina cortada para formar una sección activa aerodinámica 3. Puede ser, por ejemplo, una lámina compuesta de fibra termoplástica o una lámina metálica.

Para fabricar un elemento de turbulencia 1 a partir de la lámina 46, esta se introduce en el soporte de la herramienta de conformado 47. Luego, la lámina se conforma mediante el imán rotatorio 50 aplicando al menos seccionalmente una torsión de la lámina 46 de al menos 10°, en particular hasta 180°, con todo su espesor alrededor de un eje común 5, lo que se logra mediante la rotación del eje de rotación 49 del imán rotatorio 50. Así se crea la placa de guía 4.

Dependiendo del material, por ejemplo, en el caso de un material termoplástico, la lámina 46 puede calentarse antes y/o durante el retorcido.

La Figura 68B muestra un elemento de turbulencia 1 con una placa de guía 4.

El elemento de turbulencia 1 está fabricado de esta manera y tiene una sección activa aerodinámica con la placa de guía 4 con un ángulo de torsión de, por ejemplo, 90°. Obviamente, también son posibles otros ángulos de torsión de la placa de guía 4, en particular hasta 180°, como se muestra en las Fig. 18 a 20.

De igual manera, con varias herramientas de conformado 47 paralelas, es posible retorcer una pluralidad de láminas, en particular tanto en una disposición con la misma dirección de giro, como se muestra en la Figura 12, como en una dirección de giro opuesta, como se muestra en las Figuras 27, 28 o 30. Además, son posibles disposiciones y torsiones seccionales diferentes, como se muestra en la Figura 29.

Aunque la presente invención se ha descrito anteriormente con referencia a las realizaciones preferidas, no se limita a las mismas, sino que puede modificarse de diversas maneras.

Otras realizaciones (no reivindicadas):

Dispositivo para la mejora aerodinámica de un ala/pala de rotor, en el que esta ala/pala de rotor presenta elementos 3D que están al menos parcialmente torcidos y tienen un ángulo de torsión de al menos > 0°, preferiblemente > 10°, y más preferiblemente > 30°.

Dispositivo para la mejora aerodinámica de un ala/ pala de rotor, donde esta ala/ pala de rotor tiene elementos que están al menos parcialmente retorcidos y tienen al menos un ángulo de torsión de > 10 °, preferiblemente de hasta 720 ° y, por tanto, una fuerte reducción de la turbulencia del vórtice del borde de salida, lo que contribuye al menos a una reducción del ruido de > 3 dB(A) como mínimo, preferiblemente a una reducción muy significativa del ruido y/o de la carga y/o a un aumento del rendimiento.

Listado de referencias

1. Elemento de turbulencia

2. Sección de fijación

3. Sección activa al flujo

3A, 3B. Secciones activas al flujo

4. placa de guía

4A, 4B. placa de guía torsionada

5. Eje

6. Tramo de alineación

7. Primera parte

8. Segunda parte

9. Pliegue

10. Perfil aerodinámico giratorio

11. Superficie del perfil

12. Flujo

13. Borde final del perfil

14. Vórtice de borde

15. Vórtice

16. Vórtice

17. Pala del rotor

18. Borde delantero

19. Borde corto delantero

20. Borde corto trasero

21. Borde largo

22. Borde largo

23. Abertura

24. Refuerzo

25. Brazos

26. Zona de unión

27. Vector de velocidad circunferencial

28. Estructuras dentadas

29. Eje de rotación

30. Aerogenerador

31. Rotor

32. Buje

33. Pala del rotor

34. Góndola

35. Torre

36. Carcasa de la turbina

37. Saliente de enclavamiento

38. Cavidad de enclavamiento

39. Cavidad

40. Túnel de viento

41. Ventilador

42. Rectificador

43. Tobera

44. Volumen de medición

45. Sensor de ruido

46. Lámina

47. Herramienta de conformado

48. Soporte

49. Eje de rotación

50. Imán de rotación

Claims

REIVINDICACIONES

1. - Elemento de turbulencia (1) para hacer girar un flujo de fluido y para reducir el ruido y aumentar el rendimiento de un perfil aerodinámico giratorio (10), que comprende:

Una sección de fijación (2), diseñada para fijarse a una superficie (11) del perfil aerodinámico giratorio (10); y

Una pluralidad de secciones activas al flujo (3, 3A, 3B) conectadas a la sección de fijación (2), donde las secciones activas al flujo (3, 3A, 3B) pueden disponerse en una zona del borde final de un perfil (13) de la superficie (11) del perfil y cada una presenta placa de guía (4), donde las placas de guía (4) están retorcidas al menos parcialmente a lo largo de toda su sección transversal alrededor de un eje común (5), y las plas guías (4) están retorcidas alternadamente en diferentes direcciones de manera helicoidal o en forma de espiral,

Donde las placas de guía (4) están retorcidas al menos 10°, en particular al menos un octavo de vuelta, preferiblemente al menos un cuarto de vuelta, alrededor del eje (5), y

Las placas guía (4) tienen forma triangular, trapezoidal, semicircular, parte de una elipse y/o poligonal.

2. - Elemento de turbulencia (1) según la reivindicación 1, caracterizado porque las placas de guía (4) tienen longitudes de 0,1 veces a 20 veces la anchura.

3. - Elemento de turbulencia (1) según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque las placas de guía (4) tienen anchuras de 0,2 mm a 300 mm y/o espesores en rangos de 0,2 mm a 10 mm, preferentemente de 0,25 mm a 5 mm

4. - Elemento de turbulencia (1) según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque las placas de guía (4) están diseñadas cada una de ellas para retorcerse sobre sí mismas al menos en secciones, de modo que el eje (5) discurre en la placa de guía (4) respectiva.

5. Elemento de turbulencia (1) según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque las placas de guía (4) están diseñadas cada una asimétricamente, en particular asimétricamente en una proyección plana, con respecto al flujo incidente oblicuo.

6. Elemento de turbulencia (1) según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque entre la sección de fijación (2) y las secciones activas al flujo (3, 3A, 3B) se dispone un tramo de alineación (6) para alinear los ejes (5) de las porciones activas al flujo (3, 3A, 3B) de forma diferente a la sección de fijación (2).

7. Elemento de turbulencia (1) según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque la sección de fijación (2) está formada integralmente con las secciones activas al flujo (3, 3A, 3B) y/o una sección de alineación (6) dispuesta entre la sección de fijación (2) y las secciones activas al flujo (3, 3A, 3B) para alinear los ejes (5) de las secciones activas al flujo (3, 3A, 3B) de forma diferente a la sección de fijación (2), en particular como lámina de una pieza o tira de una pieza.

8. Elemento de turbulencia (1) según una de las reivindicaciones anteriores 1 a 6, caracterizado porque la sección de fijación (2) y las secciones activas al flujo (3, 3A, 3B) están formadas por dos partes diferentes (7, 8) que se acoplan entre sí, en particular de forma ajustada.

9. Elemento de turbulencia (1) según una de las reivindicaciones anteriores 1 a 5, caracterizado porque las secciones activas al flujo (3, 3A, 3B) están dispuestas, en particular a intervalos regulares, con al menos sustancialmente la misma orientación de sus ejes (5) en la sección de fijación (2).

10. Elemento de turbulencia (1) según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque las placas de guía (4) adyacentes están diseñadas cada una para ser retorcidas alternativamente en diferentes sentidos de rotación con el fin de generar vórtices opuestos (9A, 9B).

11. Elemento de turbulencia (1) según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque la sección de fijación (2) tiene dos brazos (25) que están colocados forma de V uno respecto al otro, y porque las placas de guía (4) tienen cada una dos bordes cortos rectos (19, 20), siendo el borde corto delantero (19) más ancho que el borde corto trasero (20), y dos bordes largos rectos o curvos (21, 22), estando las placas de guía (4) unidas a la sección de fijación (2) por sus bordes cortos más anchos (19) en la región de una zona de unión (26) que conecta los dos brazos (25).

12. Método de fabricación de un elemento de turbulencia (1) según una de las reivindicaciones precedentes 1 a 11, que comprende las etapas de:

proporcionar una chapa (46), en particular una chapa compuesta de fibras termoplásticas o una chapa metálica, que se corta para formar secciones activas al flujo (3, 3A, 3B); introducir la chapa (46) en una herramienta de<conformación (47), estando la herramienta de conformación (47) diseñada como una herramienta de prensa de>conformación, en particular una herramienta de prensa de conformación en caliente; y conformar la chapa (46) mediante la herramienta de prensa de conformación aplicando, al menos por secciones, una rotación de la chapa de al menos 10°, en particular hasta 90°, con toda su sección transversal alrededor de un eje común (5) mediante una forma correspondiente de la herramienta de prensa de conformación.