ES2448317A2 - Wind turbine (Machine-translation by Google Translate, not legally binding) - Google Patents
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Abstract
Description
Objeto de la invención. Object of the invention.
La presente invención propone un aerogenerador de tipo “eje vertical”, que mediante su conexión a un sistema de conversión de energía mecánica a eléctrica, es capaz de generar energía eléctrica. The present invention proposes a "vertical axis" type wind turbine, which by means of its connection to a mechanical to electrical energy conversion system, is capable of generating electrical energy.
La presente invención tiene como principal ventaja frente a los aerogeneradores convencionales, que es capaz de aprovechar la energía de las corrientes turbulentas además de las laminares. Es decir, las corrientes turbulentas mejoran el rendimiento del aerogenerador de la presente invención en vez de disminuir el rendimiento como sucede con los aerogeneradores del estado de la técnica. The present invention has as its main advantage over conventional wind turbines, which is capable of harnessing the energy of turbulent currents in addition to laminators. That is, turbulent currents improve the performance of the wind turbine of the present invention instead of decreasing the performance as is the case with wind turbines of the prior art.
La invención se enmarca dentro del sector de las tecnologías relacionadas con la Energía y, más en concreto, en el ámbito de las tecnologías de la transformación de la energía eólica en cualquier otro tipo de energía, principalmente energía eléctrica. The invention is part of the Energy-related technologies sector and, more specifically, in the field of wind energy transformation technologies in any other type of energy, mainly electrical energy.
Antecedentes de la invención Background of the invention
En el estado de la técnica se conocen aerogeneradores de tipo vertical como el divulgado en la solicitud de patente US-A1-2007/0274830 con título “Eolic Energy Transformation Tower”. Esta solicitud de patente divulga una turbina móvil que comprende un conjunto de aspas cóncavas unidas entre sí mediante un eje vertical que se conecta con un sistema de transformación de energía mecánica en energía eléctrica. Vertical type wind turbines are known in the state of the art as disclosed in patent application US-A1-2007 / 0274830 entitled "Eolic Energy Transformation Tower". This patent application discloses a mobile turbine comprising a set of concave blades joined together by a vertical axis that is connected to a system of transformation of mechanical energy into electrical energy.
En el estado de la técnica también se conocen aerogeneradores de tipo vertical como el divulgado en la patente US-A-4486143 “Turbine-type Wind Machine” de McVey, que además divulga un sistema de paneles que orientan el flujo de aire incidente a la turbina. Also known in the prior art are vertical type wind turbines such as the one disclosed in US-A-4486143 "Turbine-type Wind Machine" of McVey, which also discloses a system of panels that orient the incident air flow to the turbine.
Los documentos del estado de la técnica aprovechan las corrientes laminares pero se ven afectadas negativamente por las corrientes turbulentas. State-of-the-art documents take advantage of laminar currents but are negatively affected by turbulent currents.
Por tanto, sería deseable encontrar un aerogenerador que aprovechase ambas corrientes, laminares y turbulentas, para generar movimiento mecánico y, por consiguiente, energía eléctrica. Therefore, it would be desirable to find a wind turbine that takes advantage of both currents, laminar and turbulent, to generate mechanical movement and, consequently, electrical energy.
En el contexto de la presente invención se consideran corrientes laminares aquellas corrientes generadas por un flujo de aire en régimen laminar, y corrientes turbulentas aquellas generadas por un flujo de aire en régimen turbulento. In the context of the present invention, laminar currents are those currents generated by a laminar flow of air, and turbulent currents are those generated by a turbulent flow of air.
Descripción de la invención Description of the invention
La presente invención divulga un aerogenerador capaz de aprovechar las corrientes laminares y turbulentas generadas por un flujo de aire incidente sobre el aerogenerador. The present invention discloses a wind turbine capable of taking advantage of the laminar and turbulent currents generated by an incident air flow over the wind turbine.
Para poder aprovechar el empuje de las corrientes turbulentas, el aerogenerador de la presente invención tiene una turbina móvil con un diseño que permite la creación de vórtices en su interior, aumentando el empuje sobre la superficie interna de la turbina, obteniendo así un mayor rendimiento de la energía eólica disponible. In order to take advantage of the thrust of the turbulent currents, the wind turbine of the present invention has a mobile turbine with a design that allows the creation of vortices inside, increasing the thrust on the inner surface of the turbine, thus obtaining a higher yield of Wind power available.
Por tanto, en la forma de realización esencial de la invención asociada con la turbina móvil, la turbina móvil es hueca y comprende al menos una entrada de flujo de aire hacia el interior de la turbina móvil, unos perfiles aerodinámicos angulados en la dirección preferente al movimiento (horario o anti-horario) de la turbina móvil y una configuración tal que la turbina móvil es capaz de rotar angularmente mediante la acción individual o combinada de: i) el empuje realizado por unas corrientes laminares incidentes sobre los perfiles; ii) el empuje realizado por al menos un vórtice creado por unas corrientes turbulentas incidentes en un punto interior de la turbina móvil. Therefore, in the essential embodiment of the invention associated with the mobile turbine, the mobile turbine is hollow and comprises at least one airflow inlet to the interior of the mobile turbine, angled aerodynamic profiles in the preferred direction of the movement (time or anti-time) of the mobile turbine and a configuration such that the mobile turbine is able to rotate angularly by means of the individual or combined action of: i) the thrust made by incident laminar currents on the profiles; ii) the thrust made by at least one vortex created by turbulent currents incident at an interior point of the mobile turbine.
En la realización preferida de la invención asociada con el aerogenerador, el aerogenerador de la presente invención comprende: i) una turbina móvil; ii) una parte exterior fija que comprende una parte inferior y una parte superior y unos perfiles verticales aerodinámicos dispuestos entre la parte inferior y la parte superior, donde los perfiles aerodinámicos están angulados en la dirección preferente al movimiento (horario o anti-horario) de la turbina móvil; y, iii) un eje de rotación que conecta la turbina móvil con la parte exterior fija y que permite una rotación angular de la turbina móvil, donde el eje de rotación es conectable con un sistema de conversión de energía mecánica a energía eléctrica. El aerogenerador está caracterizado por que la turbina móvil es hueca y comprende: i) una cubierta superior; ii) una cubierta inferior; iii) unas entradas dispuestas entre la cubierta superior y la cubierta In the preferred embodiment of the invention associated with the wind turbine, the wind turbine of the present invention comprises: i) a mobile turbine; ii) a fixed outer part comprising a lower part and an upper part and aerodynamic vertical profiles arranged between the lower part and the upper part, where the aerodynamic profiles are angled in the direction preferred to the movement (hourly or anti-clockwise) of the mobile turbine; and, iii) a rotation axis that connects the mobile turbine with the fixed outer part and that allows an angular rotation of the mobile turbine, where the rotation axis is connectable with a system of conversion of mechanical energy to electrical energy. The wind turbine is characterized in that the mobile turbine is hollow and comprises: i) an upper deck; ii) a lower cover; iii) some entries arranged between the top cover and the cover
inferior; y, iv) unos perfiles cóncavos dispuestos entre la cubierta superior y la cubierta inferior conectados entre sí mediante las entradas; tal que la turbina móvil está dispuesta en el interior de la parte exterior fija, la cual capta y canaliza el flujo de aire incidente, el cual genera unas corrientes laminares incidentes y unas corrientes turbulentas incidentes, a través de los perfiles verticales aerodinámicos de tal forma que las corrientes laminares incidentes y las corrientes turbulentas incidentes alcanzan el interior de la turbina móvil tras atravesar las entradas y, en donde la turbina móvil es capaz de rotar angularmente mediante la acción individual o combinada de: i) el empuje realizado por dichas corrientes laminares incidentes sobre dichos perfiles cóncavos; y, ii) el empuje realizado por al menos un vórtice creado por las corrientes turbulentas incidentes en un punto interior de la turbina móvil. lower; and, iv) concave profiles arranged between the upper cover and the lower cover connected to each other by means of the entrances; such that the mobile turbine is arranged inside the fixed outer part, which captures and channels the incident air flow, which generates incident laminar currents and incidental turbulent currents, through the aerodynamic vertical profiles in such a way that the incident laminar currents and the incidental turbulent currents reach the interior of the mobile turbine after crossing the entrances and, where the mobile turbine is able to rotate angularly by means of the individual or combined action of: i) the thrust made by said laminar currents incidents on said concave profiles; and, ii) the thrust made by at least one vortex created by the turbulent currents incident at an interior point of the mobile turbine.
La turbina móvil de la presente invención aprovecha el empuje de todos los vórtices que se crean en cualquier punto interior de la turbina móvil, siendo el punto óptimo el centro de masas de la turbina móvil (que puede coincidir con el centro de masas del aerogenerador). Es decir, el vórtice creado en el centro de masas de la turbina móvil crea un empuje máximo sobre la turbina móvil. Es por ello, que en una forma de realización que contiene a cualquiera de las anteriores, el punto interior de la turbina móvil es el centro de masas de la turbina móvil. The mobile turbine of the present invention takes advantage of the thrust of all the vortices that are created at any interior point of the mobile turbine, the mass point of the mobile turbine being the optimum point (which can coincide with the mass center of the wind turbine) . That is, the vortex created in the center of mass of the mobile turbine creates a maximum thrust on the mobile turbine. That is why, in an embodiment that contains any of the above, the inner point of the mobile turbine is the center of mass of the mobile turbine.
Por otro lado, el eje de rotación conecta la turbina móvil con la parte exterior fija atravesando el interior de la turbina móvil o sin atravesar el interior de la turbina móvil. En la realización preferida de la invención, el eje de rotación no atraviesa la turbina móvil porque así se favorece la creación del vórtice en el centro de masas de la turbina móvil cuando la posición del centro de masas de la turbina móvil y el eje coinciden. On the other hand, the axis of rotation connects the mobile turbine with the fixed outer part through the interior of the mobile turbine or without crossing the interior of the mobile turbine. In the preferred embodiment of the invention, the axis of rotation does not pass through the mobile turbine because thus the creation of the vortex in the center of mass of the mobile turbine is favored when the position of the center of mass of the mobile turbine and the axis coincide.
En la realización preferida de la invención, el aerogenerador adicionalmente comprende un sistema de apertura y cierre de los perfiles verticales aerodinámicos tal que la velocidad y dirección de las corrientes laminares incidentes y de las corrientes turbulentas incidentes hacia el interior de la turbina móvil son controlados por la apertura de los perfiles verticales aerodinámicos. In the preferred embodiment of the invention, the wind turbine additionally comprises a system for opening and closing the aerodynamic vertical profiles such that the speed and direction of the incident laminar currents and the incident turbulent currents towards the interior of the mobile turbine are controlled by the opening of the aerodynamic vertical profiles.
La presente invención presenta las siguientes ventajas innovadoras: The present invention has the following innovative advantages:
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- Mayor rendimiento. El aerogenerador de la presente invención permite un mayor aprovechamiento de la energía eólica generando vórtices en la turbina interior hueca debido a su diseño innovador. Esta cualidad permite al aerogenerador de la presente invención obtener rendimientos más elevados que los aerogeneradores actuales para los mismos vientos incidentes. Higher performance. The wind turbine of the present invention allows greater use of wind energy generating vortices in the hollow interior turbine due to its innovative design. This quality allows the wind turbine of the present invention obtain higher yields than wind turbines current for the same incident winds.
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- Gran margen de operatividad. El aerogenerador de la presente invención, debido a su diseño, obtiene un alto rendimiento, ya sea en altas como en bajas velocidades de viento, cubriendo con una sola máquina, un amplio espectro de diseños, tanto de eje horizontal como de eje vertical. Large operating margin. The wind turbine of the present invention, due to its design, obtains high performance, whether in high as in low wind speeds, covering with a single machine, a broad spectrum of designs, both horizontal and vertical axis.
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- Alta eficiencia para vientos turbulentos en cualquier régimen (alto o bajo) de velocidad. El aerogenerador de la presente invención obtiene una alta eficiencia en este tipo de régimen debido a su diseño y a los vórtices que se crean en su interior. La turbulencia es un parámetro que siempre juega en contra del aprovechamiento de la energía eólica, es decir, a medida que aumenta, disminuye la efectividad y rendimiento de las máquinas. Debido al diseño del aerogenerador de la presente invención, el cual se basa en la creación de flujos turbulentos en su interior, este tipo de flujo de aire (turbulento) incidente, nunca disminuye la eficiencia ni el rendimiento de la máquina, sino que lo favorece. High efficiency for turbulent winds at any speed (high or low) speed. The wind turbine of the present invention obtains high efficiency in this type of regime due to its design and the vortices that are created inside. Turbulence is a parameter that always plays in against the use of wind energy, that is, as it increases, the effectiveness and performance of the machines. Due to the wind turbine design of the present invention, which is based on the creation of turbulent flows inside, this type of air flow (turbulent) incident, never decreases the efficiency or performance of the machine, but favors it.
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- Integración arquitectónica. Debido al diseño del aerogenerador de la presente invención, a la no existencia de partes móviles externas y al aprovechamiento de los vientos turbulentos, esta máquina es una perfecta solución para su instalación en edificaciones de todo tipo, tanto en fachadas como en cubiertas. Architectural integration Due to the design of the wind turbine of the present invention, the non-existence of moving parts external and taking advantage of turbulent winds, this machine is a perfect solution for your installation in buildings of all kinds, both on facades and on roofs.
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- Se pueden agrupar. El aerogenerador de la presente invención no necesita guardar un margen de grandes distancias entre aerogeneradores, como sucede con los aerogeneradores actuales, debido a que aprovecha los regímenes turbulentos y a la escasa deceleración que sufre el viento al salir del aerogenerador, ambas cualidades presentes en las corrientes de aire expulsadas por los aerogeneradores. They can be grouped. The wind turbine of the present invention does not need to keep a margin of great distances between wind turbines, as with current wind turbines, because it takes advantage of turbulent regimes and the low deceleration suffered by the wind when leaving the wind turbine, both qualities present in the air currents expelled by wind turbines.
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- Ausencia de partes móviles externas El aerogenerador de la presente invención no presenta ninguna parte móvil externa susceptible de causar algún peligro, como sucede en los aerogeneradores convencionales y sus palas (aspas). Absence of external moving parts The wind turbine of the present invention has no external mobile part susceptible to cause some danger, as in conventional wind turbines and their blades (blades).
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- No necesaria elevación para su instalación. El aerogenerador de la presente invención no posee partes móviles externas que puedan generar peligro a las personas (como sucede con las palas actuales) y aprovecha vientos bajos y turbulentos, por lo que puede situarse a escasa distancia del suelo manteniendo un alto rendimiento. No lifting necessary for installation. The wind turbine of the present invention has no external moving parts that can generate danger to people (as is the case with current shovels) and take advantage of low and turbulent winds, so It can be located a short distance from the ground while maintaining high performance.
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- Menor ruido en funcionamiento (reducción de contaminación acústica). El aerogenerador de la presente invención tiene un diseño que minimiza la contaminación acústica y no crea el ruido característico de los aerogeneradores con aspas de eje horizontal, debido al apantallamiento que sufre el sonido provocado en la parte móvil interior, por la parte fija externa. Less noise in operation (reduction of noise pollution). The wind turbine of the present invention has a design that minimizes noise pollution and not creates the characteristic noise of wind turbines with horizontal axis blades, due to the screening that suffers the sound caused in the inner moving part, by the fixed external part.
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- Desmontable (bajo volumen y fácil transporte). Debido a su simplicidad constructiva, el aerogenerador de la presente invención tiene un diseño fácilmente desmontable lo que reduce su volumen, haciendo posible un fácil transporte. Detachable (low volume and easy transport). Due to its constructive simplicity, the wind turbine of the present invention has a design Easily removable which reduces its volume, making it easy to transport.
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- Sin necesidad de mecanismo de orientación. El aerogenerador de la presente invención tiene un diseño con una “simetría circular” que le permite aprovechar la energía eólica, independientemente de la dirección del viento, sin necesidad de ningún mecanismo de orientación, garantizando en todo momento un aprovechamiento máximo de la energía eólica disponible. No need for guidance mechanism. The wind turbine of the present invention has a design with a "circular symmetry" that allows it harness wind power, regardless of wind direction, without the need for any guidance mechanism, guaranteeing maximum use of energy at all times wind power available.
Breve descripción de las figuras. Brief description of the figures.
Con el objeto de complementar la descripción de la invención y sus características, se acompaña como parte integrante de dicha descripción las siguientes figuras. In order to complement the description of the invention and its characteristics, it is accompanied as integral part of said description the following figures.
La figura 1 representa un ejemplo de realización del aerogenerador de la presente invención. La figura 2 muestra una turbina móvil según un ejemplo de realización de la presente invención. La figura 3 muestra un detalle de la pieza exterior canalizadora del flujo de aire según un ejemplo de realización de la presente invención. La figura 4 muestra la sección sobre plano horizontal a altura h/2 del aerogenerador según un ejemplo de realización de la presente invención. La figura 5 muestra un detalle del sistema de apertura y cierre de los perfiles verticales de la pieza externa fija. La Figura 6 muestra los resultados obtenidos en túnel de viento para el régimen de giro de la turbina interior en función de la velocidad de aire incidente. Figure 1 represents an exemplary embodiment of the wind turbine of the present invention. Figure 2 shows a mobile turbine according to an embodiment of the present invention. Figure 3 shows a detail of the outer part channeling the air flow according to an example of embodiment of the present invention. Figure 4 shows the section on horizontal plane at height h / 2 of the wind turbine according to an example of embodiment of the present invention. Figure 5 shows a detail of the opening and closing system of the vertical profiles of the piece external fixed. Figure 6 shows the results obtained in wind tunnel for the turbine rotation regime indoor depending on the incident air speed.
Descripción de un ejemplo de realización de la invención Description of an embodiment of the invention
En la Figura 1 se muestra un ejemplo de realización del aerogenerador de la presente invención. Dicho aerogenerador comprende una parte exterior fija 12 representada en Figura 3 y una turbina móvil 1 interior representada en la Figura 2. Para el mismo ejemplo de realización de la Figura 1, la figura 4 muestra la sección sobre plano horizontal a altura h/2 del aerogenerador, donde además se muestran unos perfiles aerodinámicos 4 y un eje de rotación 8. La turbina móvil mostrada en la Figura 2 tiene forma de estrella de cinco puntas, donde cada punta tiene una forma recta hacia la entrada del flujo de aire y convexa si se mira en sentido opuesto a la entrada del flujo de aire en una vista en planta de la turbina móvil interior 1. Consecuentemente, desde una vista de alzado, cada punta tiene una forma cuadrada o rectangular que conforma una ventana para la entrada del flujo de aire hacia el interior de la turbina móvil interior 1 y cóncava si se mira en sentido de la entrada del flujo de aire hacia el interior de la turbina móvil interior 1. An exemplary embodiment of the wind turbine of the present invention is shown in Figure 1. Said wind turbine comprises a fixed outer part 12 represented in Figure 3 and an inner mobile turbine 1 represented in Figure 2. For the same example of embodiment of Figure 1, Figure 4 shows the section on horizontal plane at height h / 2 of the wind turbine, where aerodynamic profiles 4 and a rotation axis 8 are also shown. The mobile turbine shown in Figure 2 is in the form of a five-pointed star, where each tip has a straight shape towards the airflow inlet and convex if in the opposite direction to the air flow in a plan view of the interior mobile turbine 1. In a raised view, each tip has a square or rectangular shape that forms a window for the flow of air inlet. air into the interior of the inner mobile turbine 1 and concave if viewed in the direction of the air flow inlet of the inner mobile turbine 1.
La parte exterior fija 12 mostrada en la Figura 3 es la encargada de captar y canalizar las corrientes de flujo incidentes hacia la turbina móvil interior 1 mediante las entradas 14 que dejan entre sí los perfiles verticales aerodinámicos 4. Esta parte cuenta con dos piezas circulares, una inferior 3 y otra superior 2, y perfiles verticales aerodinámicos 4, representados en uno de sus modos aerodinámicos de realización. The fixed outer part 12 shown in Figure 3 is responsible for capturing and channeling the incident flow currents towards the inner mobile turbine 1 through the inputs 14 that leave the aerodynamic vertical profiles 4 together. This part has two circular pieces, one lower 3 and one upper 2, and aerodynamic vertical profiles 4, represented in one of its aerodynamic embodiments.
Los perfiles verticales aerodinámicos 4 nos permiten canalizar al interior del aerogenerador, mediante los espacios 14 que quedan entre estos y las cubiertas superior 2 e inferior 3, corrientes incidentes laminares y corrientes incidentes turbulentas. El posicionamiento de los perfiles verticales aerodinámicos 4, angulados todos en el mismo sentido, y aerodinámica, hacen que el flujo de aire incidente, independientemente de su dirección de incidencia, una vez pase por ellos, entre en el interior del aerogenerador con la rotación adecuada (sentido horario en la realización mostrada en la figura 4) que, en la siguiente fase del funcionamiento de este aerogenerador, favorecerá el movimiento de la turbina móvil interior 1. The aerodynamic vertical profiles 4 allow us to channel the interior of the wind turbine, through the spaces 14 that remain between them and the upper and lower covers 2, laminar currents and turbulent incident currents. The positioning of the aerodynamic vertical profiles 4, angled all in the same direction, and aerodynamic, make the incident air flow, regardless of its direction of incidence, once passed through them, enter the interior of the wind turbine with adequate rotation (clockwise in the embodiment shown in Figure 4) which, in the next phase of the operation of this wind turbine, will favor the movement of the interior mobile turbine 1.
Como se ve en la Figura 5, los perfiles verticales aerodinámicos 4 pueden ser fijos o disponer de un sistema que permita su cierre y apertura gradual (pitch), asegurando de esta manera el control sobre el flujo de aire que se canaliza a la turbina móvil interior 1. Mediante este mecanismo podemos asegurar el funcionamiento en un régimen estable del generador eléctrico (alternador) sin que este entre en sobregeneración o perdidas, ya que podremos mantener un régimen constante de entrada de aire cerrando los perfiles si el viento aumenta, o abriéndolos si este disminuye. Un posible sistema de apertura, puede constar de dos motores hidráulicos eléctricos (no mostrados) por cada perfil vertical aerodinámico 4, uno situado en su parte superior y otro en su parte inferior, y unos raíles (no mostrados) en los discos superior e inferior, por los que deslizan los extremos interiores 16 de los perfiles cuando se activen los motores de cierre y apertura. Por su parte, los extremos externos 15 permanecen fijos y funcionan a modo de ejes de giro para los perfiles verticales aerodinámicos 4. La alimentación eléctrica de este As seen in Figure 5, the aerodynamic vertical profiles 4 can be fixed or have a system that allows its gradual closing and opening (pitch), thus ensuring control over the air flow that is channeled to the mobile turbine interior 1. Through this mechanism we can ensure the operation in a stable regime of the electric generator (alternator) without it being overgenerated or lost, since we can maintain a constant rate of air intake by closing the profiles if the wind increases, or by opening them If this decreases. A possible opening system may consist of two electric hydraulic motors (not shown) for each aerodynamic vertical profile 4, one located at the top and one at the bottom, and rails (not shown) in the upper and lower discs , through which the inner ends 16 of the profiles slide when the closing and opening motors are activated. On the other hand, the external ends 15 remain fixed and function as pivot shafts for the aerodynamic vertical profiles 4. The power supply of this
sistema de apertura lo aportaría el aerogenerador de la presente invención y su control estaría programado e instalado en la controladora del aerogenerador. Opening system would be provided by the wind turbine of the present invention and its control would be programmed and installed in the wind turbine controller.
La turbina móvil interior 1, representada en detalle en la Figura 2, está compuesta por una cubierta superior 9 y otra inferior 10, perfiles verticales cóncavos 11, un eje vertical 8 y entradas 13 para que el fluido pueda acceder a su interior. Dentro de la turbina 1, y preferentemente en su centro de masas, es donde aparecen los vórtices, los cuales se producen por la circulación giratoria que ya posee el flujo (debido a la acción de la parte externa Figura 3, como se ha explicado más arriba) y por el diseño de esta pieza interna: hueca, con entradas planas verticales 13, superficies interiores curvadas 11 en la dirección de giro del flujo y tapas inferior 10 y superior 9 que permiten confinar el flujo dentro de la turbina móvil. The inner mobile turbine 1, represented in detail in Figure 2, is composed of an upper cover 9 and a lower one 10, concave vertical profiles 11, a vertical axis 8 and inlets 13 so that the fluid can access its interior. Inside the turbine 1, and preferably in its center of mass, it is where the vortices appear, which are produced by the rotating circulation that already has the flow (due to the action of the external part Figure 3, as explained more above) and by the design of this internal part: hollow, with vertical flat inlets 13, curved interior surfaces 11 in the direction of rotation of the flow and lower covers 10 and upper 9 that allow the flow to be confined within the mobile turbine.
La curvatura interior cóncava (vista desde el flujo de aire que entra en la pieza) de las superficies verticales 11 de la turbina móvil interior 1 es la que permite aprovechar la presión que sobre ellas ejerce el fluido que accede al interior por las entradas 13 (ya que es mayor su coeficiente de potencia que el que produce el flujo al incidir sobre la cara exterior convexa de la misma pieza), así como el empuje extra producido por los vórtices, transformarlo en energía de movimiento mecánico. La turbina móvil 1 es una pieza móvil que gira en sentido horario (como ya se ha explicado puesto que la respuesta aerodinámica a la incidencia del fluido es mayor para superficies cóncavas que para convexas, lo que produce que el par de fuerzas final sea positivo en ese sentido) alrededor de un eje vertical 8 solidario a la turbina móvil 1 que pasa por su centro, el cual puede o no atravesar la turbina móvil 1 interiormente. The concave interior curvature (seen from the flow of air entering the part) of the vertical surfaces 11 of the interior mobile turbine 1 is what makes it possible to take advantage of the pressure exerted on them by the fluid that accesses the interior through the inlets 13 ( since its power coefficient is greater than that produced by the flow when it affects the convex outer face of the same piece), as well as the extra thrust produced by the vortices, transforming it into energy of mechanical movement. The mobile turbine 1 is a moving part that rotates clockwise (as already explained since the aerodynamic response to the incidence of the fluid is greater for concave surfaces than for convex, which causes the final torque to be positive in that direction) around a vertical axis 8 integral with the mobile turbine 1 passing through its center, which may or may not pass through the mobile turbine 1 internally.
El eje 8, mediante su parte inferior, será el encargado de transmitir la energía mecánica mediante un par de torsión o torque (proporcional a la velocidad de viento incidente) a la fase de transformación en energía eléctrica, situada en el interior de la cavidad cilíndrica 5, compuesta por multiplicadora (si las características del alternador lo requirieran), alternador (la tecnología del alternador: imanes permanentes, polar, multipolar, etc.., dependerá de las dimensiones concretas de la máquina y las necesidades de generación concretas), tarjeta controladora y demás elementos que resulten necesarios (no mostrados). The axis 8, through its lower part, will be responsible for transmitting mechanical energy through a torque or torque (proportional to the incident wind speed) to the phase of transformation into electrical energy, located inside the cylindrical cavity 5, consisting of a multiplier (if the characteristics of the alternator require it), alternator (the technology of the alternator: permanent magnets, polar, multipolar, etc., will depend on the specific dimensions of the machine and the specific generation needs), card controller and other necessary elements (not shown).
La turbina se ancla a cualquier superficie mediante utensilios de anclaje 7, situados en el disco inferior 6, solidario a toda la turbina (ver Figura 1). The turbine is anchored to any surface by means of anchoring utensils 7, located in the lower disk 6, integral with the entire turbine (see Figure 1).
Mediante simulaciones numéricas con técnicas CFD (Computacional Fluid Dynamics), se ha podido comprobar que la creación de vórtices en el interior de la turbina mejora el empuje sobre la misma. Mediante simulación y para un campo de velocidades con una velocidad inicial incidente de 6 m/s y dirección 0º en un plano transversal de corte a media altura del aerogenerador de la presente invención (misma sección que Figura 4), se ha podido observar que los vórtices poseen la propiedad de generar corrientes altamente turbulentas y de gran magnitud en velocidad de hasta 13,125 m/s, partiendo de una velocidad incidente de 6 m/s, que favorecen el empuje a favor del movimiento de la turbina móvil interior. La eficiencia en el alto régimen de giro sin decaimiento aerodinámico también se pone de manifiesto en la Figura 6, donde se alcanzan hasta 13m/s de velocidad de viento incidente en el aerogenerador. La Figura 6 muestra la regresión cuadrática media realizada sobre las medidas de seis series experimentales con dieciséis puntos de medida cada una, también incluidas en la figura y simbolizadas mediante distinta tipología de signos (cruz, cuadrado sin relleno, cuadrado con relleno, punto, aspa y raya horizontal) en regímenes de trabajo (frecuencia de giro) de 1 a 7,8 Hz para velocidad de viento incidente de 1 a 13 m/s. Conseguir un régimen de giro tan alto (7,8 Hz a 13 m/s, con un prototipo casero) permite un funcionamiento en el que no es necesario el uso de multiplicadoras mecánicas de giro. Es decir, este régimen de giro es adecuado para la conversión de energía eólica en energía eléctrica mediante el uso directo de los generadores disponibles actualmente en el mercado, bien en corriente continua o alterna, ya sea en máquina pequeña (400W – 10000 W) o grande (10000 W -100000000 W). Los datos contenidos en la Figura 6 muestran una tendencia altamente lineal de aumento de la frecuencia de giro en función de la velocidad incidente de viento. Hasta la velocidad límite del túnel de viento disponible para los ensayos del prototipo, 13 m/s de velocidad de viento incidente, el prototipo del aerogenerador no entra en pérdida aerodinámica (decaimiento del régimen de giro). En ningún caso, se puede desprender que el aerogenerador de la presente invención no puede alcanzar una velocidad de giro mayor de 7,8 Hz sin entrar en pérdidas. Using numerical simulations with CFD (Computational Fluid Dynamics) techniques, it has been found that the creation of vortices inside the turbine improves the thrust on it. By simulation and for a velocity field with an initial incident speed of 6 m / s and 0 ° direction in a cross-sectional plane at mid-height of the wind turbine of the present invention (same section as Figure 4), it has been observed that the vortices they have the property of generating highly turbulent currents and of great magnitude in speed of up to 13,125 m / s, starting from an incident speed of 6 m / s, which favor the thrust in favor of the movement of the interior mobile turbine. The efficiency in the high rotation regime without aerodynamic decay is also shown in Figure 6, where up to 13m / s wind speed is reached in the wind turbine. Figure 6 shows the mean quadratic regression performed on the measurements of six experimental series with sixteen measuring points each, also included in the figure and symbolized by different typology of signs (cross, square without filling, square with filling, point, blade and horizontal line) in working regimes (rotation frequency) from 1 to 7.8 Hz for incident wind speed from 1 to 13 m / s. Achieving such a high turning speed (7.8 Hz at 13 m / s, with a homemade prototype) allows operation in which the use of mechanical turning multipliers is not necessary. That is, this rotation regime is suitable for the conversion of wind energy into electrical energy by direct use of generators currently available in the market, either in direct or alternating current, either in a small machine (400W - 10000 W) or large (10000 W -100000000 W). The data contained in Figure 6 shows a highly linear trend of increasing the frequency of rotation as a function of the incident wind speed. Up to the limit speed of the wind tunnel available for prototype testing, 13 m / s of wind speed incident, the wind turbine prototype does not enter aerodynamic loss (decay of the rotation regime). In no case, it can be inferred that the wind turbine of the present invention cannot reach a rotation speed greater than 7.8 Hz without entering losses.
Claims (3)
- • •
- una turbina móvil (1); a mobile turbine (1);
- • •
- una parte exterior fija (12) que comprende una parte inferior (3) y una parte superior (2) y unos perfiles verticales aerodinámicos (4) dispuestos entre la parte inferior (3) y la parte superior (2), donde los perfiles aerodinámicos están angulados en la dirección preferente al movimiento de la turbina móvil (1); a fixed outer part (12) comprising a lower part (3) and an upper part (2) and aerodynamic vertical profiles (4) arranged between the lower part (3) and the upper part (2), where the aerodynamic profiles they are angled in the direction preferred to the movement of the mobile turbine (1);
- • •
- un eje de rotación (8) que conecta la turbina móvil (1) con la parte exterior fija (12) y que permite una rotación angular de la turbina móvil (1), donde el eje de rotación (8) es conectable con un sistema de conversión de energía mecánica a energía eléctrica; a rotation axis (8) that connects the mobile turbine (1) with the fixed outer part (12) and which allows angular rotation of the mobile turbine (1), where the rotation axis (8) is connectable with a system of conversion of mechanical energy to electrical energy;
- • •
- una cubierta superior (9); an upper cover (9);
- • •
- una cubierta inferior (10); a lower cover (10);
- • •
- unas entradas (13) dispuestos entre la cubierta superior (9) y la cubierta inferior (10); entrances (13) arranged between the upper cover (9) and the lower cover (10);
- • •
- unos perfiles cóncavos (11) dispuestos entre la cubierta superior (9) y la cubierta inferior (10) concave profiles (11) arranged between the upper cover (9) and the lower cover (10)
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