ES2312255A1 - Torre de tarnsformacion de energia eolica. - Google Patents

Abstract

Torre de transformación de energía eólica.

La presente invención permite aprovechar la energía eólica y transformarla en energía mecánica o eléctrica mediante el acoplamiento de un generador fijo. Ésta consiste en una estructura vertical que permite alojar un rotor de eje vertical y aprovechar mejor el empuje del viento mediante la producción del efecto embudo y efecto túnel sobre el rotor. Esta disposición permite independizar la obtención de la energía de la dirección del viento y utilizar un mayor abanico de intensidades del viento, evitando la parada con grandes vientos mediante el acoplamiento de un sistema de compuertas que debidamente sincronizadas permite la parada, mantenimiento y regulación del rotor que mueve el viento.

Description

Torre de transformación de energía eólica.

La presente invención permite aprovechar la energía eólica y transformarla en energía mecánica o eléctrica mediante el acoplamiento de un generador fijo. Permite independizar la obtención de la energía de la dirección del viento y utilizar un mayor abanico de intensidades del viento, evitando la parada con grandes vientos mediante el acoplamiento de un sistema de compuertas que debidamente sincronizadas permite la parada, mantenimiento y regulación del rotor que mueve el viento.

Antecedentes

Son numerosas las invenciones existentes para aprovechar la fuerza del viento. En la antigüedad, desde el empleo de velas en la navegación, hasta los famosos molinos de viento de La Mancha para moler la harina y más recientemente los denominados generadores eólicos que se levantan en nuestros montes, que derivan de los molinos utilizados para sacar agua subterránea y se orientan mediante una veleta.

Los condicionantes de funcionamiento de los molinos actuales son numerosos; el principal puede ser la fuerza del viento y dirección del viento lo que genera una complejidad en su desarrollo y una merma de su efectividad. La mayoría de los modelos desarrollados tienen el eje horizontal, orientándose conforme a la corriente del viento.

Antiguamente se diseñaron molinos de eje vertical, como el molino persa, posteriormente el rotor de Savonius y más recientemente el rotor Darrieus, si bien estos han tenido escaso desarrollo por su fragilidad.

Descripción de la invención

La (TTEE) "Torre de transformación de energía eólica" consiste en una estructura vertical (Figura 1) que permite alojar un rotor de eje vertical y aprovechar mejor el empuje del viento mediante la producción del efecto embudo y efecto túnel sobre el rotor (Figura 2).

La invención (Figura 1) consta por una parte de una estructura fija (10) o edificio que soporta los mecanismos y potencia el efecto del viento; otra móvil que recoge el empuje del viento (11) mediante un rotor de eje vertical con aspas; y otra fija o instalación de conversión, en el que se transforma (12) el empuje del viento en energía eléctrica, generalmente.

La TTEE se compone de unos muros que conforman su estructura, realizada preferentemente con hormigón armado. Cada uno de estos muros dispone de sendos salientes (8) (Figura 5) triangulares. La parte exterior, plana, facilita la embocadura (4) del viento, y la parte interior, circular, se ajusta al rotor permitiendo un mejor aprovechamiento de la corriente del viento.

La finalidad de estos salientes es provocar el efecto embudo y mejorar el efecto túnel del viento. Asimismo eliminan el empuje del viento sobre las aspas que retornan y permiten montar dispositivos a modo de compuertas (23) o puertas correderas, que con el mecanismo apropiado, permiten controlar la entrada del aire a las aspas para su regulación y/o parada. Para evitar la entrada del aire las compuertas deberán desplazarse hasta cerrar (9) la embocadura
(4).

El edificio será cubierto para producir el efecto túnel, evitar las turbulencias del viento y proteger el conjunto de las inclemencias del tiempo. También permite su utilización para otros usos, como torre de vigilancia de incendios, de medición, de colocación de nidos, etc.

Los muros de la estructura del edificio (16) que alberga el rotor y sus otros elementos permite el acoplamiento lateral de otras TTEE (Figura 5).

El rotor de eje vertical lo constituyen dos, tres o más palas o aspas (3) (cuatro preferentemente) con forma de sector circular en planta (Figura 2) y un eje vertical (1) de forma tubular sobre el que se sustentan (Figura 3). Cada una de las palas o aspas conforman un sector de cilindro, de modo que la propia forma aerodinámica facilita el giro conforme al sentido de montaje e independiente de la dirección del viento (Figura D).

La construcción del eje del rotor ha de ser robusta para que pueda soportar las fuerzas de transmisión y parte del peso de las aspas. Por el contrario, las aspas pueden realizarse con materiales muy ligeros como por ejemplo: plástico, poliéster, chapa fina, aluminio u otra clase de metal que hacen que el conjunto sea de fácil de fabricación y mantenimiento.

Las aspas se sustentan y se les da rigidez mediante perfiles metálicos, unos horizontales o vigas (21) y otros verticales o puntales (18). En la parte inferior, se disponen unos rodamientos troncocónicos (13) a modo de rieles que dan apoyo a los puntales y eviten el descabezamiento de las aspas. Además, cada dos aspas consecutivas se unen mediante barras (28) que proporcionan rigidez al conjunto.

El eje, que soporta las aspas, va montado en su parte inferior sobre un muñón (20) y un cojinete axial (17) (Figura 6), ajustados al peso y dimensiones del rotor que se desea montar; y en la parte superior, el eje (1) estará sustentado y sujeto por dos cojinetes montados sobre la estructura mediante el acoplamiento de una o dos vigas de acero (7).

Según la dimensión del mástil se precisará de mayor rigidez y/o mayor sustentación al igual que la estructura de la TTEE. Dependiendo del tamaño de la torre, se puede montar en módulos (2), uno encima de otro, disponiendo en el mástil de los acoplamientos (19) (Figura 6) precisos.

La estructura aloja en su parte inferior el equipo que transforma el empuje del viento (generador eléctrico), el conjunto de frenos precisos para el control del rotor, y el mecanismo de acoplamiento del generador con el rotor (Figura 3).

El eje se asienta sobre una pieza cilíndrica que hace de muñón (20) donde se acoplan los frenos eléctricos (6) y mecánicos (5). A su vez este muñón se asienta sobre un cojinete axial (17) que en su parte exterior se conforma como una corona dentada (24) que permite transmitir el giro mediante un piñón (15) a una caja de cambios (11) para hacer la multiplicación de revoluciones necesaria para mover el generador (12) de corriente eléctrica o cualquier otro tipo de máquina que aproveche el movimiento circular generado por el rotor.

Por tanto, los generadores o máquinas que se pueden acoplar se localizan por debajo de la estructura del rotor a nivel de la superficie, facilitando el mantenimiento y simplificando el mecanismo de generación y aprovechamiento de la energía eólica a diferencia de los actuales aerogeneradores.

También la transmisión del moviendo circular a las máquinas se puede hacer por polea y/o correa trapezoidal.

La plataforma donde se soporta todo el peso a través de la corona y el cojinete axial (14) se montará sobre columnas (10). El montaje sobre estas columnas se hará completamente fijo, sobre pilares y vigas preferentemente de hormigón armado.

Bajo los rieles de los cojinetes troncocónicos (13) dispuestos para soportar los puntales de las aspas se disponen alineaciones de pilares (14) de forma circular para dar mayor rigidez y evitar las flexiones de los rieles.

Por tanto las TTEEs así configuradas, presentan una superficie abierta (4) que (Figura 2) permite el paso del aire a la superficie cóncava que componen las aspas (3); éstas recogen el empuje del viento y por su forma aerodinámica y la disposición de la boca de entrada (4) el viento hace girar el rotor independientemente de la dirección de éste. Un mayor aprovechamiento del viento lateral se consigue mediante el acoplamiento de varias TTEEs, de forma escalonada en planta, aprovechando el muro a modo de medianera, de forma sucesiva, según la disponibilidad del terreno; así economizamos un muro por cada TTEE que se acople, mejorando costes, rentabilidad y rendimientos de la
invención.

Descripción de los dibujos

Figura 1: representa el alzado de la "Torre de transformación de energía eólica" con cinco módulos superpuestos (2). Se advierte la parte abierta al aire (cuerpo móvil/aspas) (figura 2) con rayado vertical y la parte de la estructura cerrada que facilita el retorno de las aspas que constituyen los salientes (8) y que se aprecian en las figuras 2 y 5. Igualmente se observan los paramentos (16) que las protegen y constituyen los cerramientos de la TTEE. En la parte inferior se aprecia el espacio para alojar los sistemas de generación y de frenado (figura 6), así como los pilares (10) que soportan el rotor (1) y los pilares (14) que se disponen bajo los puntales de las aspas (número 18 de figura 2). En la parte superior se representa la viga (7) que sujeta el eje del rotor (1).

Figura 2: representa la sección de la estructura de la TTEE, donde se alojan las aspas (3) (configuración de cuatro aspas) que recogen el empuje del viento por la embocadura (4) debido a la disposición de los salientes (8), el alojamiento para las compuertas (9) que permiten las maniobras de cierre o regulación de entrada del viento, los rieles de los cojinetes (13) para torres de grandes dimensiones, las vigas (21) que soportan las aspas y los puntales (18) que facilitan el giro sobre los rieles y la sujeción de las aspas.

Figura 3: representa la vista de la plataforma donde se apoya el rotor (1) y puntales de las aspas, con la localización de los pilares (10) que se disponen para sostener el rotor y los pilares (14) sobre los que se disponen los rieles (13) de los puntales.

Figura 4: representa una cara del cojinete coaxial (17) y el piñón (15) que sirve para poder enlazar con el generador.

Figura 5: representa el acoplamiento de varias torres en paralelo, de forma que se puede apreciar el ahorro de materiales y su disposición adosa. Los salientes (8) que permiten favorecer la entrada del aire y reducir la resistencia al giro de las aspas. Se ven las barras (28) entre cada dos aspas para dar rigidez al rotor y el emplazamiento de las compuertas recogidas (23) o cerradas (9).

Figura 6: representa el corte del alzado en la que se ve el montaje del mástil (1) sobre un muñón (20) y el cojinete axial (17) que se apoya sobre los pilares (10). Al muñón se acoplan los frenos eléctricos (6) y mecánicos (5). A la corona exterior del cojinete axial (17) se acopla un piñón (15) que mediante una caja de cambios (11) transmite el giro a un generador (12). El corte muestra los pilares (14) bajo los rieles (13) donde se apoyan los puntales (18).

Descripción de la realización

Esta realización se corresponde a la descripción de la invención y figuras referidas anteriormente.

Esta realización es monolítica en cuanto a la superposición de los módulos (2) descritos y puede alcanzar grandes alturas. Aprovecha la superficie abierta al viento, desde prácticamente la cota cero hasta el final de su estructura.

Cada TTEE de la descripción ocupa una anchura de unos veinte metros aproximadamente. En estos metros entra un rotor de grandes dimensiones, teniendo en cuenta la separación que debemos dejar entre muro y rotor, que será de unos cincuenta centímetros, para que no obstaculice la corriente del viento. El número de módulos que se pueden montar en altura, dependerá de la rigidez de la estructura, pudiendo alcanzar con varios módulos de unos 6 m de altura los 50 ó 60 m e incluso supéralos.

En los molinos actuales el diámetro es de sesenta a setenta y cinco metros e incluso algo superior. En estos molinos se necesita un espacio entre molinos de tres o cuatro veces el diámetro del rotor para poder colocar otro molino. En esa distancia se podrían colocar si el terreno es relativamente ondulado doce TTEEs correspondientes a esta invención. Estas TTEE se pueden colocar apareadas seguidas unas de otras porque no producen estela en los vientos.

En la entrada o salida del viento, que tiene una abertura de poco más del radio que miden las aspas, se colocarán unas compuertas (9) por módulos, al estilo de puertas correderas con dos o más hojas que correrán horizontalmente. Estas compuertas se alojan en la parte de estructura que resguarda (23) del viento a las aspas en su retorno. Las compuertas se colocarán con el mecanismo correspondiente para que en horas de fuertes vientos o parada del molino se regule por ordenador la entrada de viento. Es muy importante la función de estas compuertas en los días de fuertes vientos, regulando la entrada del viento a la máxima potencia del generador. Cuando los actuales molinos que están en el mercado tienen que parar por seguridad, estos seguirían trabajando a su máximo rendimiento.

Por la estructura y la forma de la embocadura en la que están montadas las TTEEs, el viento se mueve como si estuviera atravesando un túnel (sistema túnel), aumentando la velocidad del viento del orden de un treinta a un treinta y tres por ciento. Por ello, en el caso de vientos moderados o flojos, estas TTEEs siguen produciendo energía, en contraposición a los aerogeneradores actuales en los que el rotor está girando, pero no produce energía.

En el caso de necesidad de parada se corren las compuertas y/o a la vez se accionan los frenos que consisten en un electro freno y un freno de disco como los que llevan acoplados los camiones de gran tonelaje. Estos frenos también podrán accionarse manualmente. Así se podrán hacer todos los trabajos necesarios al abrigo de todas las inclemencias del tiempo.

Esta TTEE puede llegar a unas velocidades de veinticinco a treinta revoluciones por minuto y la velocidad en punta de las aspas sería de unos ochenta kilómetros a la hora. En comparación con los aerogeneradores que al día de hoy tenemos en el mercado, estos funcionan entre quince a treinta revoluciones por minuto y, debido a lo longitud de sus aspas, la velocidad en punta es de más de ciento setenta kilómetros hora. Esto último, junto con el rozamiento del viento en la parte trasera o espalda del aspa a esas velocidades, supone una fatiga de los materiales enorme.

Estas TTEEs aportan muchas ventajas respecto a los molinos eólicos que hay en la actualidad. La superficie barrida por M2 de terreno es varias veces menor y por tanto su aprovechamiento es mayor. Los generadores se colocarían por debajo o por encima de la cota cero, siempre debajo de la estructura de sustentación del rotor. Pueden trabajar a velocidades de viento mayores y no tienen la necesidad de parada por exceso de viento qué son los que más energía producen. El rotor que trasmite la potencia al generador no necesita ordenador, motores, ni corona de giro para orientar las aspas en la dirección de los vientos. Las TTEEs no se necesitan motores ni mecanismos para girar las aspas ni ordenadores para dirigir estas maniobras al coger el viento en todas las direcciones. Tampoco necesitan barquilla, ni contrapesos para mantener en equilibrio el rotor. Los cables que transportan la corriente producida por el generador no sufren ninguna torsión por al estar el generador en un punto fijo. En los actuales generadores cuando el rotor ha dado cuatro o cinco vueltas precisa de un mecanismo computerizado para quitar la torsión producida al cable. La longitud de los cable necesarios para el transporte de la corriente del generador al centro de transformación sería mas corta al construir los molinos adosados, y de ejecución más sencilla ya que los cables de transporte de corriente se dispondrán por los bajos o sótanos donde se colocan los generadores.

Los efectos que causarían las TTEEs en el medio ambiente son menos impactantes. Éstas son muy silenciosas por estar colocado el generador a nivel del terreno o debajo de él, quedando atenuado el ruido por el aislamiento del propio edificio o terreno y reducido al refrigerarse por agua o aceite. El ruido producido por el giro de las aspas también se reduce y amortigua al estar dentro de la torre. Las aves podrían anidar en estos edificios, sin el peligro de que sufrieran ningún incidente, ya que una parte queda protegida por la obra y la otra parte opaca por las aspas. Además el giro se realiza a poca velocidad lo que su percepción como un gran obstáculo por las aves, evitando su choque con ellas. Las TTEEs se caracterizarían solamente por la visión de un edificio de grandes dimensiones.

Claims (5)

1. Torre de transformación de energía eólica (Figura 1 y 2) que permite aprovechar la energía eólica y transformarla en energía mecánica o eléctrica mediante el acoplamiento de un generador fijo, que se caracteriza por una estructura vertical que permite alojar un rotor de eje vertical y aprovechar mejor el empuje del viento mediante la producción del efecto embudo y efecto túnel sobre el rotor, permitiendo independizar la obtención de la energía de la dirección del viento y utilizar un mayor abanico de intensidades del viento.

2. Torre de transformación de energía eólica, según reivindicación 1, caracterizada por disponer de aspas en forma semicilíndrica de cualquier material sujetas sobre un eje que se apoya sobre un cojinete axial que permite el giro en un único sentido.

3. Torre de transformación de energía eólica, según reivindicación 1 y 2, caracterizada por el acoplamiento de un sistema de compuertas debidamente sincronizadas que permite el cierre, parada, mantenimiento y regulación del rotor.

4. Torre de transformación de energía eólica, según reivindicaciones anteriores, caracterizada por el montaje adosado (figura 5) de dos o más torres de transformación.

5. Torre de transformación de energía eólica, según reivindicaciones anteriores caracterizada por el montaje en vertical de varios conjuntos de módulos de aspas de montados de forma monolítica.