ES2803823B2

ES2803823B2 - VERTICAL AXIS WIND GENERATOR SYSTEM AND BLADES FOR SAID SYSTEM

Info

Publication number: ES2803823B2
Application number: ES201930684A
Authority: ES
Inventors: Marquez José Manuel Andujar; Bohórquez Miguel Angel Martínez; León Antonio Serrano; Pino Fernández Joaquín Del; Castilla Daniel Ruiz; Guzmán Diego Tejada; Rodríguez José Antonio Bohórquez
Original assignee: Universidad de Huelva
Current assignee: Universidad de Huelva
Priority date: 2019-07-24
Filing date: 2019-07-24
Publication date: 2021-06-23
Anticipated expiration: 2039-07-24
Also published as: ES2803823A1

Description

DESCRIPCIÓNDESCRIPTION

SISTEMA AEROGENERADOR DE EJE VERTICAL Y PALAS PARA DICHO SISTEMAVERTICAL AXIS WIND GENERATOR SYSTEM AND BLADES FOR SAID SYSTEM

Objeto de la invenciónObject of the invention

La presente invención se refiere a un sistema aerogenerador de eje vertical que funciona mediante la sustentación producida por un perfil aerodinámico cuando la velocidad en su eje es alta, mientras que cuando la velocidad angular en su eje no es suficiente para funcionar por sustentación, el aerogenerador puede modificar el ángulo de las palas, es decir, puede abatir la posición de estas para posicionarlas de tal forma que el sistema funcione a bajas velocidades de viento. Por tanto, en el presente invento se define un sistema que permite arrancar con poco aire y proporcionar más energía. Para ello, se requiere que las palas abatibles además tengan un perfil aerodinámico mejorado y diferenciado respecto de los conocidos.The present invention refers to a vertical axis wind turbine system that works by means of the lift produced by an aerodynamic profile when the speed in its axis is high, while when the angular speed in its axis is not enough to work by lift, the wind turbine You can modify the angle of the blades, that is, you can lower their position to position them in such a way that the system operates at low wind speeds. Therefore, in the present invention a system is defined that allows starting with little air and providing more energy. For this, it is required that the folding blades also have an improved and differentiated aerodynamic profile with respect to the known ones.

La presente invención se encuentra encuadrada dentro de los diferentes sistemas de generación de energía, concretamente los aerogeneradores, y más específicamente se refiere a una tipología de sistema aerogenerador de eje vertical y a un perfil de ala específico que es implementado en un sistema aerogenerador de eje vertical.The present invention is framed within the different power generation systems, specifically wind turbines, and more specifically it refers to a type of vertical axis wind turbine system and a specific wing profile that is implemented in a vertical axis wind turbine system. .

Estado de la técnicaState of the art

Es por todos conocido la importancia del desarrollo de las generalmente conocidas como energías limpias, entre las que destaca la energía eólica.The importance of the development of what is generally known as clean energy is known to all, among which wind energy stands out.

La presente invención se centra en el campo de la minieólica, el cual ofrece grandes posibilidades para hogares o uso en zonas remotas, aunque la invención es implementable a otras escalas, pudiéndose generalizar su aplicación para cualquier usuario de la energía eólica. Para el aprovechamiento de la energía eólica se requiere desarrollar un sistema aerogenerador.The present invention focuses on the field of mini-wind power, which offers great possibilities for homes or use in remote areas, although the invention can be implemented at other scales, and its application can be generalized to any user of wind power. To take advantage of wind energy, it is necessary to develop a wind turbine system.

Dentro de los tipos conocidos de aerogeneradores, se destacan los aerogeneradores de eje horizontal, que son los modelos más usados debido a su alto coeficiente de potencia, y que han logrado ser escalados hasta alcanzar potencias de varios megavatios, que implican un diámetro de pala que puede superar los 90 metros. La otra tipología de aerogenerador más conocida, está formada por los denominados aerogeneradores de eje vertical, que son menos utilizados debido a que usualmente presentan un menor coeficiente de potencia en condiciones de servicio, pero que tienen la ventaja de su omnidireccionalidad. En todo caso, para el campo de la minieólica el aprovechar la omnidireccionalidad resulta interesante, para poder aprovechar mejor los vientos cambiantes, justificando el uso de aerogeneradores de eje vertical.Among the known types of wind turbines, the horizontal axis wind turbines stand out, which are the most used models due to their high power coefficient, and which have managed to be scaled up to reach powers of several megawatts, which imply a blade diameter that it can exceed 90 meters. The other more well-known type of wind turbine is formed by the so-called vertical axis wind turbines, which are less used because they usually have a lower power coefficient in service conditions, but they have the advantage of their omnidirectionality. In any case, for the mini-wind field, taking advantage of omnidirectionality is interesting, in order to be able to take better advantage of the changing winds, justifying the use of vertical axis wind turbines.

Tal como se ha adelantado, la generación de energía eólica requiere de un aerogenerador. Cuando un aerogenerador se basa en el fenómeno de la sustentación es esencial la definición de al menos una pala. A la hora del dimensionado de una pala se tiene que estudiar la sustentación que esta proporciona. La sustentación se basa en la conocida ecuación de Bernoulli. Se demuestra que esta ecuación aplicada a un flujo externo sobre una superficie que experimente un régimen laminar, y en el que la geometría de las paredes permita aprovechar el efecto Coanda, por el que los fluidos tienden a pegarse a superficies tangentes a su trayectoria. Dividiendo, en el caso de un perfil aerodinámico, al fluido en dos superficies por las que el fluido se desplaza a diferente velocidad. En este caso se deduce, a partir de la ecuación de Bernoulli, que hay una presión mayor en aquella superficie por la que el fluido circule a menor velocidad. En la Figura 1 se muestra la sección de un perfil aerodinámico convencional junto con un esquema de las fuerzas de sustentación (F) y la dirección del viento (V), donde dichas fuerzas son las responsables de generar el par que hace girar el aerogenerador. Este fenómeno de la sustentación es aprovechado generalmente por los aerogeneradores de eje horizontal y ciertos modelos de eje vertical.As has been advanced, the generation of wind energy requires a wind turbine. When a wind turbine is based on the lift phenomenon, the definition of at least one blade is essential. When sizing a blade, the support it provides must be studied. The lift is based on the well-known Bernoulli equation. It is shown that this equation applied to an external flow on a surface that experiences a laminar regime, and in which the geometry of the walls allows to take advantage of the Coanda effect, whereby fluids tend to stick to surfaces tangent to their trajectory. Dividing, in the case of an aerodynamic profile, the fluid into two surfaces through which the fluid travels at different speeds. In this case, it follows, from Bernoulli's equation, that there is a higher pressure on the surface through which the fluid circulates at a lower speed. Figure 1 shows the section of a conventional aerodynamic profile together with a diagram of the lift forces (F) and the wind direction (V), where these forces are responsible for generating the torque that makes the wind turbine rotate. This lift phenomenon is generally used by horizontal axis wind turbines and certain vertical axis models.

Entrando específicamente en los aerogeneradores de eje vertical se destacan tres tipologías principales, el aerogenerador Savonius, el aerogenerador Darrieus, y el aerogenerador híbrido Darrieus-Savonius. El modelo Savonius aprovecha la diferencia de empuje que ejerce el viento sobre una pala cuando su geometría difiere entre las dos caras expuestas al viento, siendo diferente el coeficiente de arrastre por una cara que por otra. El modelo Darrieus se impulsa mediante la sustentación, pero tiene un inconveniente, y es que necesita un impulso inicial y una velocidad de viento mínima para poder funcionar. El modelo Darrieus-Savonius es una de las tipologías más recientes de eje vertical y busca aunar las ventajas de ambos aerogeneradores y suplir o reducir sus inconvenientes, donde en la mayoría de los casos este modelo comprende un aerogenerador Savonius para obtener la energía con la que arrancar el modelo Darrieus y poder producir energía a bajas velocidades de viento.Looking specifically at vertical axis wind turbines, three main typologies stand out, the Savonius wind turbine, the Darrieus wind turbine , and the Darrieus-Savonius hybrid wind turbine. The Savonius model takes advantage of the difference in thrust exerted by the wind on a blade when its geometry differs between the two faces exposed to the wind, the drag coefficient being different on one face than on the other. The Darrieus model is powered by lift, but it has a drawback, which is that it requires initial thrust and minimal wind speed to operate. The Darrieus-Savonius model is one of the most recent vertical axis typologies and seeks to combine the advantages of both wind turbines and replace or reduce their drawbacks, where in most cases this model comprises a Savonius wind turbine to obtain the energy with which start the Darrieus model and be able to produce power at low wind speeds.

Teniendo en cuenta estos aspectos, la presente invención se centra o parte de los sistemas que combinan las ventajas de un aerogenerador Savonius y un aerogenerador Darrieus. En este punto se destaca lo divulgado en el documento EP2594785 donde describe un aerogenerador de eje vertical con un sistema de palas abatibles, y lo divulgado en EP2240687 donde se describe una variante del aerogenerador por sustentación respecto del aerogenerador original diseñado por el ingeniero Georges Jean Maríe Darrieus. En todo caso, los modelos con sistemas de palas abatibles presentan inconvenientes cuando el viento sopla en contra debido a su perfil asimétrico, lo que requiere de complejos sistemas electrónicos de abatimiento y posicionamiento de las palas. A diferencia de estos sistemas conocidos, la presente invención presenta un perfil simétrico y no requiere de motores adicionales o gestión electrónica para dicho abatimiento en caso de que el aire sople en una dirección concreta. Por otro lado, los modelos Darrieus que incorporan un modelo Savonius en el centro para arrancar a determinadas velocidades del viento tienen el mismo problema que el anterior, es decir, requieren de motores auxiliares de arranque, además de que al introducir elementos en el interior del conjunto la aerodinámica final se ve afectada. Los modelos Darrieus que incorporan un perfil que puede funcionar en determinadas condiciones por empuje, tal y como sucede en un Savonius para no necesitar sistemas auxiliares de arranque, tienen como problema el aumento de su rozamiento aerodinámico, y ven, por tanto, reducido su coeficiente de potencia.Taking these aspects into account, the present invention focuses on or starts from systems that combine the advantages of a Savonius wind turbine and a Darrieus wind turbine. At this point, what is disclosed in document EP2594785 where describes a vertical axis wind turbine with a folding blade system, and the information disclosed in EP2240687 where a variant of the lift wind turbine is described with respect to the original wind turbine designed by the engineer Georges Jean Maríe Darrieus. In any case, the models with folding blade systems have drawbacks when the wind blows against due to their asymmetric profile, which requires complex electronic systems for folding and positioning the blades. Unlike these known systems, the present invention presents a symmetrical profile and does not require additional motors or electronic management for said abatement in case the air is blowing in a specific direction. On the other hand, Darrieus models that incorporate a Savonius model in the center to start at certain wind speeds have the same problem as the previous one, that is, they require auxiliary starting motors, in addition to introducing elements inside the overall the final aerodynamics suffers. The Darrieus models that incorporate a profile that can work under certain conditions by thrust, as happens in a Savonius so as not to need auxiliary starting systems, have the problem of increasing their aerodynamic friction, and therefore see their coefficient reduced. power.

Para evitar los problemas descritos y desarrollar un sistema aerogenerador que no tenga que comprometer su rendimiento debido a cuestiones como la aerodinámica, la estructura o la elección de las palas, y que permita obtener unos mayores rendimientos que los conocidos aerogeneradores de eje vertical, para, incluso poder competir con la potencia de los aerogeneradores de eje horizontal, la presente invención describe un aerogenerador de eje vertical que funciona mediante la sustentación producida por un perfil aerodinámico simétrico y que incorpora un sistema de arranque que utiliza un mecanismo que permite el abatimiento de las palas a bajas velocidades de viento e impide que las palas se abatan cuando la velocidad angular en el eje de giro alcanza un determinado valor. La estructura interna por tanto difiere de las conocidas hasta la fecha, las cuales, entre otras cosas, no permitían incluir un perfil de pala simétrico bajo las condiciones planteadas.In order to avoid the problems described and develop a wind turbine system that does not have to compromise its performance due to issues such as aerodynamics, structure or the choice of blades, and that allows to obtain higher performances than the well-known vertical axis wind turbines, for, Even being able to compete with the power of horizontal axis wind turbines, the present invention describes a vertical axis wind turbine that works by means of the lift produced by a symmetrical aerodynamic profile and that incorporates a starting system that uses a mechanism that allows the abatement of the blades at low wind speeds and prevents the blades from tilting when the angular velocity on the axis of rotation reaches a certain value. The internal structure therefore differs from those known to date, which, among other things, did not allow a symmetrical blade profile to be included under the proposed conditions.

En este sentido, una de las particularidades de la invención es el que las palas tengan un perfil simétrico frente a los asimétricos de todos los aerogeneradores similares conocidos. Para poder desarrollar dicho perfil se ha estudiado perfiles de alas de aeronaves, y para ello se han analizado una pluralidad de perfiles de alas comprendidas dentro de la base de datos del departamento de ingeniería aeroespacial de la Universidad de Illinois https://m-selig.ae.illinois.edu/ads/coord_database.html. Tras múltiples análisis se constata que ningún perfil alar comprendido en dicha base de datos podría ser implementado en un aerogenerador como el que a continuación se describe en la presente memoria descriptiva, pero se destaca el modelo referenciado como S8035, que se ha utilizado como base para el desarrollo de una pala que realmente si tenga unos buenos resultados https://m-selig. ae. illinois. edu/ads/coord/s8035. dat. In this sense, one of the peculiarities of the invention is that the blades have a symmetrical profile compared to the asymmetric ones of all known similar wind turbines. In order to develop this profile, aircraft wing profiles have been studied, and for this, a plurality of wing profiles included within the database of the department of aerospace engineering of the University of Illinois has been analyzed https: // m-selig .ae.illinois.edu / ads / coord_database.html. After multiple analyzes, notes that no wing profile included in said database could be implemented in a wind turbine such as the one described below in the present specification, but the model referenced as S8035 stands out, which has been used as the basis for the development of a shovel that really if it has good results https: // m-selig. ae. Illinois. edu / ads / coord / s8035. dat.

Por tanto, la presente invención consiste en un sistema aerogenerador de eje vertical que funciona mediante una estructura que comprende una nueva tipología de pala para cuyo diseño se ha partido de una configuración de pala/ala ya estudiada en el campo de la aeronáutica. Se aporta como novedad, frente a otras configuraciones conocidas de palas asimétricas, el uso en la presente invención de una pala con configuración simétrica, y que junto con el resto de elementos del sistema permite mejorar los rendimientos de los aerogeneradores de eje vertical conocidos. En este sentido, la presente invención se refiere tanto a la definición del perfil de la pala como a la definición de la estructura del conjunto del sistema aerogenerador que comprende dichas tipologías de palas.Therefore, the present invention consists of a vertical axis wind turbine system that works by means of a structure that comprises a new type of blade, the design of which has been based on a blade / wing configuration already studied in the field of aeronautics. A novelty, compared to other known configurations of asymmetric blades, is the use in the present invention of a blade with a symmetrical configuration, which together with the rest of the elements of the system allows to improve the performance of known vertical axis wind turbines. In this sense, the present invention refers both to the definition of the profile of the blade and to the definition of the structure of the whole wind turbine system comprising said types of blades.

Breve descripción de la invenciónBrief description of the invention

La presente invención tiene un primer objeto, que es el desarrollar una nueva tipología de pala cuya sección es simétrica, y que las propiedades aerodinámicas de dicho perfil son aprovechadas para mejorar el rendimiento frente a otros modelos que incorporan mecanismos de rotación en sus palas, por lo que el mecanismo de rotación de la presente invención tiene un funcionamiento diferenciado de cualquier otro modelo actual conocido. The present invention has a first objective, which is to develop a new type of blade whose section is symmetrical, and that the aerodynamic properties of said profile are used to improve performance compared to other models that incorporate rotation mechanisms in their blades, for what the rotation mechanism of the present invention has a differentiated operation from any other current known model.

Por tanto, es también objeto de la presente invención la definición de la estructura de un sistema de aerogenerador mejorado respecto de cualquier aerogenerador conocido. La presente invención comprende un mecanismo de bloqueo con un sistema de deslizaderas junto con una pieza que rota alrededor de un eje, dicho sistema se sitúa sobre al menos uno de los brazos de cada pala, que como se ha adelantado tiene un perfil particular también diferenciado de cualquier otro aerogenerador. Este conjunto constituye una innovación muy significativa sobre los sistemas existentes, ya que, a pesar de existir actualmente aerogeneradores que aprovechan simultáneamente los fenómenos de empuje y sustentación (aerogeneradores híbridos), el rendimiento de dichos modelos se ve comprometido por esa hibridación. La presente invención no compromete el rendimiento por aprovechar el empuje (Savonius) y la sustentación (Darrieus) dado que modifica su funcionamiento en función de si aprovecha uno u otro fenómeno. Para posibilitar que el aerogenerador cambie su configuración en función de la fuerza del viento se utiliza el sistema de deslizaderas junto con la pieza que rota para bloquear o permitir el giro de la pala respecto a un eje. Además, se aprovechan las propiedades aerodinámicas de dicho perfil simétrico para mejorar el rendimiento frente a otros modelos que incorporan mecanismos de rotación en sus palas.Therefore, the definition of the structure of an improved wind turbine system with respect to any known wind turbine is also an object of the present invention. The present invention comprises a locking mechanism with a system of slides together with a piece that rotates around an axis, said system is located on at least one of the arms of each blade, which, as has been advanced, has a particular profile that is also differentiated. of any other wind turbine. This set constitutes a very significant innovation over existing systems, since, despite the current existence of wind turbines that simultaneously take advantage of thrust and lift phenomena ( hybrid wind turbines ), the performance of these models is compromised by this hybridization. The present invention does not compromise performance by taking advantage of thrust ( Savonius ) and lift ( Darrieus) since it modifies its operation depending on whether it takes advantage of one or the other phenomenon. To enable the wind turbine to change its configuration depending on the wind force, the slide system is used together with the part that rotates to block or allow the rotation of the blade about an axis. In addition, the aerodynamic properties of said symmetrical profile are used to improve performance compared to other models that incorporate rotation mechanisms in their blades.

El funcionamiento de la invención es tal que cuando la velocidad angular del eje principal es reducida (bajas velocidades de viento), el eje de giro de la pala está permitido, posibilitando la apertura o cierre con respecto a la dirección del viento de la pala, de modo que, si la pala se desplaza en el mismo sentido que la corriente de aire, capta la energía eólica, y si, por el contrario la pala se desplaza en sentido opuesto al del viento, dicha pala se coloca en una posición que reduzca lo máximo posible la resistencia que opone al viento. Por otro lado, cuando la velocidad angular del eje principal aumenta (se incrementa la velocidad del viento), el mecanismo de bloqueo por inercia provoca la rotación de la pieza que bloquea el giro de la pala conforme aumenta la velocidad angular del eje principal, el bloqueo se produce cuando las condiciones de rendimiento e inercia sean las adecuadas para realizar el cambio de funcionamiento de bajas velocidades a altas velocidades de viento.The operation of the invention is such that when the angular speed of the main axis is reduced (low wind speeds), the axis of rotation of the blade is allowed, making it possible to open or close the blade with respect to the wind direction, so that, if the blade moves in the same direction as the air current, it captures the wind energy, and if, on the contrary, the blade moves in the opposite direction to that of the wind, said blade is placed in a position that reduces resistance to the wind as much as possible. On the other hand, when the angular speed of the main shaft increases (the wind speed increases), the inertia locking mechanism causes the rotation of the part that blocks the rotation of the blade as the angular speed of the main shaft increases, the Lockout occurs when performance and inertia conditions are adequate to shift from low speeds to high wind speeds.

Como se especifica a continuación, el presente aerogenerador supone una mejora de los sistemas existentes al funcionar de una forma diferente según la fuerza del viento, y además dicho modelo es escalable para poder obtener la potencia necesaria en función de las necesidades concretas de cada usuario.As specified below, the present wind turbine represents an improvement of the existing systems by operating in a different way depending on the strength of the wind, and also said model is scalable to be able to obtain the necessary power based on the specific needs of each user.

Breve descripción de las figurasBrief description of the figures

Con el objeto de completar la descripción y de ayudar a una mejor comprensión de las características del invento, se presenta un juego de figuras y dibujos en donde con carácter ilustrativo y no limitativo se representa lo siguiente:In order to complete the description and to aid in a better understanding of the characteristics of the invention, a set of figures and drawings is presented in which the following is represented by way of illustration and not limitation:

Figura 1: Muestra la sección de un perfil de pala convencional junto con un esquema de las fuerzas de sustentación, donde dichas fuerzas son las responsables de generar el par que hace girar el aerogenerador.Figure 1: Shows the section of a conventional blade profile together with a diagram of the lift forces, where these forces are responsible for generating the torque that makes the wind turbine rotate.

Figura 2: Muestra la sección de un perfil de pala definida en la presente invención, que es una pala simétrica.Figure 2: Shows the section of a blade profile defined in the present invention, which is a symmetrical blade.

Figuras 3A-3C: Muestra el ángulo entre la cuerda y la resultante de sumar el vector velocidad de la pala al vector velocidad del viento en grados (eje Y) para diferentes velocidades de viento a lo largo de una vuelta completa (eje X) para tres valores distintos de w*R. Figures 3A-3C: Shows the angle between the chord and the resulting angle of adding the blade speed vector to the wind speed vector in degrees (Y axis) for different wind speeds along a complete turn (X axis) for three distinct values of w * R.

Figuras 4A - 4C: muestran diferentes gráficas, concretamente donde la Fig.4A muestra las principales características para varios perfiles simétricos elegidos para un valor de Reynolds igual a 900000; la Fig.4B muestra las principales características del perfil S8035 para valores de Reynolds desde 100000 a 2000000 Reynolds incrementando el valor en 100000 unidades en cada muestra; y donde Fig.4C Muestra las principales características del perfil objeto de la presente invención para valores de Reynolds desde 100000 a 2000000 Reynolds incrementando el valor en 100000 unidades en cada muestra.Figures 4A-4C: show different graphs, specifically where Figure 4A shows the main characteristics for several symmetric profiles chosen for a Reynolds value equal to 900000; Fig.4B shows the main characteristics of the S8035 profile for Reynolds values from 100000 to 2000000 Reynolds increasing the value by 100000 units in each sample; and where Fig.4C shows the main characteristics of the profile object of the present invention for Reynolds values from 100000 to 2000000 Reynolds increasing the value by 100000 units in each sample.

Figura 5: Muestra una vista en perspectiva del sistema aerogenerador objeto de la presente invención.Figure 5: Shows a perspective view of the wind turbine system object of the present invention.

Figura 6: representa el funcionamiento del sistema aerogenerador a bajas velocidades de viento.Figure 6: represents the operation of the wind turbine system at low wind speeds.

Figura 7: representa la posición del mecanismo de bloqueo cuando el viento es reducido o nulo.Figure 7: represents the position of the locking mechanism when the wind is low or null.

Figura 8: representa las fuerzas presentes en el mecanismo al aumentar la velocidad de giro del eje principal.Figure 8: represents the forces present in the mechanism as the main shaft turning speed increases.

Figura 9: representa una posición intermedia del mecanismo de bloqueo.Figure 9: represents an intermediate position of the locking mechanism.

Figura 10: representa la posición final del mecanismo de bloqueo.Figure 10: represents the final position of the locking mechanism.

Figura 11: representa las fuerzas presentes en el mecanismo cuando se reduce la velocidad de giro del eje principal.Figure 11: represents the forces present in the mechanism when the rotation speed of the main shaft is reduced.

Figura 12: muestra un gráfico representado los resultados de la proporción de fuerza que se transmite entre las deslizaderas en función del ángulo que forma uno de los brazos articulados con el brazo que soporta las palas.Figure 12: shows a graph representing the results of the proportion of force transmitted between the sliders as a function of the angle formed by one of the articulated arms with the arm that supports the blades.

Figura 13: representa el funcionamiento del sistema aerogenerador y la posición de las palas a altas velocidades angulares.Figure 13: represents the operation of the wind turbine system and the position of the blades at high angular speeds.

Descripción detalla de un modo de realización de la invención.Detailed description of an embodiment of the invention.

A continuación, y teniendo en cuenta las anteriores figuras, se tiene primeramente en cuenta los estudios para analizar la tipología y configuración de las palas de los aerogeneradores, siempre tratando de mejorar el rendimiento final obtenido.Next, and taking into account the previous figures, the studies to analyze the type and configuration of the wind turbine blades are first taken into account, always trying to improve the final performance obtained.

Para determinar cuál es el perfil de pala más adecuado se procede a realizar un estudio exhaustivo de los diferentes perfiles aerodinámicos existentes. Tal como se ha comentado en el estado de la técnica, en la base de datos de la Universidad de Illinois, se pueden descargar más de 1500 perfiles para usos variados, todos ellos relacionados con la aeronáutica. Tras descargar los archivos .dat se procede a analizar los perfiles mediante el software de uso libre xfiró (xfoil) que fue creado originalmente por Mark Drela para el proyecto Daedalus en el MIT (Massachusetts Institute of Technology) en los años 80. Es conocido que el xflr5 es un programa que funciona bien a bajos números de Reynolds, dado que fue diseñado para estudiar flujo subsónico. Por el mismo motivo solo se pueden utilizar aquellos perfiles diseñados para funcionar a bajos números de Reynolds. A pesar de esas limitaciones, la información que nos proporciona se ajusta razonablemente a nuestro caso, y nos va a proporcionar una comparativa de las propiedades relevantes de los diferentes perfiles como son el coeficiente de sustentación, el coeficiente de arrastre y el coeficiente de momento. No obstante, estos cálculos no son suficientes para concluir el análisis del perfil, ya que para dimensionarlo correctamente se debe estudiar además sus propiedades en un rango de ángulos más amplio de lo que nos permite el xflr5. Usando dicho programa se ha comparado las características de los diferentes perfiles. Con el objetivo de conocer un poco mejor cómo se comportan los diferentes perfiles se procede a realizar un análisis de prueba con varios perfiles aleatorios a diferentes números de Reynolds, no obstante, y dado el número reducido de perfiles que se pueden analizar de este modo, en lo sucesivo se decidió analizar un numero de Reynolds en cada gráfico cuando se analizaban varios perfiles. Tras analizar varios grupos de perfiles se concluye que hay determinadas geometrías que se pueden descartar, ya sea debido al bajo rendimiento que pueden proporcionar o a la imposibilidad de ser analizados debido a que no funcionan a bajos números de Reynolds. Por tanto, se procede a realizar una lista de perfiles que puedan ser interés de estudio.To determine which is the most suitable blade profile, an exhaustive study of the different existing aerodynamic profiles is carried out. As has been commented in the state of the art, in the database of the University of Illinois, more than 1500 profiles can be downloaded for various uses, all of them related to the aeronautics. After downloading the .dat files, the profiles are analyzed using the free software xfiró ( xfoil) that was originally created by Mark Drela for the Daedalus project at MIT (Massachusetts Institute of Technology) in the 1980s. It is known that xflr5 is a program that works well at low Reynolds numbers, since it was designed to study subsonic flow. For the same reason, only those profiles designed to operate at low Reynolds numbers can be used. Despite these limitations, the information you provide us reasonably fits our case, and it will provide us with a comparison of the relevant properties of the different profiles such as the lift coefficient, the drag coefficient and the moment coefficient. However, these calculations are not enough to conclude the analysis of the profile, since in order to size it correctly, its properties must also be studied in a wider range of angles than what the xflr5 allows us. Using this program, the characteristics of the different profiles have been compared. In order to know a little better how the different profiles behave, a test analysis is carried out with several random profiles at different Reynolds numbers, however, and given the reduced number of profiles that can be analyzed in this way, Thereafter it was decided to analyze a Reynolds number in each graph when several profiles were analyzed. After analyzing several groups of profiles, it is concluded that there are certain geometries that can be ruled out, either due to the low performance they can provide or the impossibility of being analyzed because they do not work at low Reynolds numbers. Therefore, we proceed to make a list of profiles that may be of interest to study.

Dado que para que un aerogenerador Savonius pueda funcionar se requiere una asimetría del perfil respecto de la cuerda, se opta por probar primero con perfiles asimétricos (como los mostrados en la Fig.1), no obstante, se incluye en el análisis algún perfil simétrico utilizado en la aeronáutica para observar sus posibles ventajas frente al resto de los perfiles. Tras realizar la selección de perfiles se procede a analizarlos para valores comprendidos entre 100000 y 2100000 Reynolds. Dado que tras el análisis se obtienen múltiples perfiles de interés, no siendo posible discriminar los resultados sin más datos, se procede a analizar cómo influyen realmente la velocidad del viento y la velocidad angular del eje principal en el ángulo de incidencia de la corriente de aire con respecto a la cuerda del perfil alar. Se procede, por tanto, a realizar unos gráficos (Fig.3A-3C) en los que se relaciona el ángulo entre la cuerda y la resultante de sumar el vector velocidad de la pala al vector velocidad del viento en grados (eje Y) para diferentes velocidades de viento a lo largo de una vuelta completa (eje X) a diferentes velocidades, en el primero la relación w*R es mayor que las diferentes velocidades de viento tomadas (Figura 3A), en el segundo, la relación w*R es alcanzada por la velocidad más alta de las estudiadas (Figura 3B), En el tercer caso la relación w*R es superada por varias de las velocidades estudiadas (Figura 3C). Como se observa, si hacemos variar la velocidad angular o el radio que le proporcionamos en los cálculos, la relación velocidad angular*radio, muestra una relación inversamente proporcional respecto al rango de ángulos de incidencia alcanzados a lo largo de una vuelta, del mismo modo, como es lógico, a mayor velocidad de la corriente de aire mayor amplitud tendrá el citado ángulo si mantenemos la relación velocidad angular*radio. También se observa que al aumentar el valor de la relación velocidad angular*radio el área bajo dicho gráfico se reduce. Lo que nos hace concluir que aumentar el valor de la relación velocidad angular*radio, no solo reducirá el rango de valores de la cuerda, sino que también dichos ángulos tendrán valores cercanos a los valores máximos durante un rango menor de posiciones a lo largo de una vuelta. También cobra importancia, como se ha analizado, si el valor velocidad angular*radio supera (Figura 3A) o no a los valores de la velocidad del viento estudiados, ya que de no ser así el rango de valores de ángulos respecto a la cuerda aumentará drásticamente (Figuras 3B y 3C). Teniendo en cuenta estas consideraciones y debido al reducido coeficiente de sustentación que experimentan los perfiles asimétricos cuando la cuerda presenta ángulos negativos se empieza a tomar en consideración la posibilidad de optar por un perfil simétrico que nos permitiría, además de poder aprovechar el fenómeno de la sustentación durante una mayor parte del recorrido de la pala a lo largo de una vuelta, la posibilidad de poder reducir considerablemente la aceleración angular del aerogenerador a altas velocidades de funcionamiento.Given that for a Savonius wind turbine to function, an asymmetry of the profile with respect to the chord is required, it is decided to first test with asymmetric profiles (such as those shown in Fig. 1), however, some symmetric profile is included in the analysis used in aeronautics to observe its possible advantages compared to the rest of the profiles. After selecting the profiles, they are analyzed for values between 100,000 and 2,100,000 Reynolds. Given that after the analysis, multiple profiles of interest are obtained, and it is not possible to discriminate the results without further data, we proceed to analyze how the wind speed and the angular speed of the main axis actually influence the angle of incidence of the air stream. relative to the chord of the wing profile. Therefore, we proceed to make some graphs (Fig. 3A-3C) in which the angle between the chord is related and the one resulting from adding the blade speed vector to the wind speed vector in degrees (Y axis) to different wind speeds along a complete turn (X axis) at different speeds, in the first one the The w * R relationship is greater than the different wind speeds taken (Figure 3A), in the second, the w * R relationship is reached by the highest speed of those studied (Figure 3B), in the third case the w * relationship R is exceeded by several of the speeds studied (Figure 3C). As can be seen, if we vary the angular velocity or the radius that we provide in the calculations, the angular velocity * radius relationship shows an inversely proportional relationship with respect to the range of incidence angles reached throughout a turn, in the same way As is logical, the higher the speed of the air stream, the greater the amplitude will have the aforementioned angle if we maintain the relation angular velocity * radius. It is also observed that when increasing the value of the angular velocity * radius relation the area under said graph is reduced. Which makes us conclude that increasing the value of the angular velocity * radius relationship will not only reduce the range of values of the chord, but also that these angles will have values close to the maximum values during a smaller range of positions along one round. It is also important, as has been analyzed, if the angular velocity * radius value exceeds (Figure 3A) or not the values of the wind speed studied, since otherwise the range of values of angles with respect to the chord will increase. dramatically (Figures 3B and 3C). Taking into account these considerations and due to the low lift coefficient experienced by asymmetric profiles when the rope presents negative angles, the possibility of opting for a symmetrical profile that would allow us, in addition to being able to take advantage of the lift phenomenon, begins to be considered. during a greater part of the blade travel over a turn, the possibility of being able to considerably reduce the angular acceleration of the wind turbine at high operating speeds.

Esta observación trae a colación el tema de la seguridad, tras observar las gráficas correspondientes a las figuras 3A-3C constatamos otra ventaja de los perfiles simétricos, y es que añaden seguridad al diseño, ya que podemos crear las condiciones para que el coeficiente de sustentación se reduzca considerablemente si se logra que el ángulo de incidencia de la corriente de aire respecto de la cuerda adopte valores próximos a cero. Cabe indicarse que valores de cuerda próximos a cero se pueden obtener si la relación de velocidades es lo bastante alta, siendo la relación de velocidades el cociente entre la relación w*R y la velocidad con la que el viento incide en la pala. Por tanto, si se aprovecha adecuadamente este comportamiento, serviría para limitar considerablemente los casos en los que la velocidad angular del eje adopte valores que pongan en riesgo la estructura del aerogenerador, reduciendo notablemente la necesidad de utilizar un freno de seguridad. Obviamente, para que esto se cumpla la relación w*R debe ser mayor que la velocidad con la que el viento incide en la pala y por tanto la relación de velocidades debe ser mayor que 1. En el caso de los aerogeneradores Darrieus, esta relación suele estar entre los valores 5 a 7. Tras tener en cuenta estas consideraciones, se decide analizar varios perfiles simétricos a un valor de Reynolds de 900000 (Fig.4A). Con este análisis se espera poder determinar si alguno de los perfiles simétricos puede proporcionar coeficientes de sustentación adecuados para un aerogenerador. Dentro de este análisis se decide incluir, entre otros, perfiles NACA que son perfiles ligeramente asimétricos, dado que se han usado con anterioridad en aerogeneradores Darrieus y perfiles del tipo 's', debido a que han mostrado un alto coeficiente de sustentación respecto a otros perfiles analizados.This observation brings up the issue of safety, after observing the graphs corresponding to figures 3A-3C we note another advantage of symmetric profiles, and that is that they add safety to the design, since we can create the conditions for the lift coefficient is reduced considerably if the angle of incidence of the air stream with respect to the chord is achieved to adopt values close to zero. It should be noted that chord values close to zero can be obtained if the speed ratio is high enough, the speed ratio being the quotient between the ratio w * R and the speed with which the wind hits the blade. Therefore, if this behavior is used properly, it would serve to considerably limit the cases in which the angular velocity of the shaft adopts values that put the structure of the wind turbine at risk, notably reducing the need to use a safety brake. Obviously, for this to be true, the relation w * R must be greater than the speed with which the wind hits the blade and therefore the speed ratio must be greater than 1. In the case of Darrieus wind turbines, this ratio is usually between the values 5 to 7. After taking these considerations into account, decides to analyze several symmetric profiles at a Reynolds value of 900,000 (Fig. 4A). With this analysis it is hoped to be able to determine if any of the symmetric profiles can provide adequate lift coefficients for a wind turbine. Within this analysis, it is decided to include, among others, NACA profiles that are slightly asymmetric profiles, since they have been used previously in Darrieus wind turbines and 's' type profiles, because they have shown a high lift coefficient compared to others. analyzed profiles.

Tras analizar el grupo de perfiles simétricos (Fig. 4A) se observa que en esos perfiles los coeficientes de sustentación observados llegan a alcanzar un valor de 1,65. Estos valores son menores que los obtenidos para los perfiles asimétricos, no obstante, el mayor coeficiente de sustentación que presentan para ángulos de cuerda mayores que cero no compensa la drástica reducción que estos perfiles experimentan para cuerdas menores que cero, además del resto de ventajas mencionadas. Por tanto, teniendo en cuenta todo lo anterior, se considera más adecuado utilizar un perfil simétrico, aunque se considera necesario estudiar posibles mejoras de los perfiles para obtener un mejor coeficiente de sustentación que los obtenidos en la muestra. También se observa que los perfiles NACA presentan un borde de salida cuya curvatura proporciona propiedades peores frente al empuje que otros perfiles analizados, como el perfil S8035. Este perfil presenta un coeficiente de sustentación inferior al NACA, concretamente el NACA 0024, pero el valor observado se encuentra entre los más altos de la muestra, si además consideramos que el espesor máximo del perfil S8035 es inferior al NACA 0024, por lo que su rozamiento es menor que el NACA 0024 y si a eso añadimos lo observado a cerca del borde de curvatura, se justifica el estudiar el perfil S8035 para un rango de valores de Reynolds comprendidos entre 100000 y 2000000 (Fig.4B), obteniéndose un coeficiente de sustentación máximo de 1,5. Se considera la posibilidad de mejorar este resultado para tratar obtener un coeficiente de sustentación mayor.After analyzing the group of symmetric profiles (Fig. 4A), it is observed that in these profiles the observed lift coefficients reach a value of 1.65. These values are lower than those obtained for asymmetric profiles, however, the higher lift coefficient they present for chord angles greater than zero does not compensate for the drastic reduction that these profiles experience for chords smaller than zero, in addition to the other advantages mentioned. . Therefore, taking into account all the above, it is considered more appropriate to use a symmetric profile, although it is considered necessary to study possible improvements of the profiles to obtain a better lift coefficient than those obtained in the sample. It is also observed that the NACA profiles present a trailing edge whose curvature provides worse properties against thrust than other profiles analyzed, such as the S8035 profile. This profile presents a lift coefficient lower than NACA, specifically NACA 0024, but the observed value is among the highest in the sample, if we also consider that the maximum thickness of the S8035 profile is lower than NACA 0024, so its friction is less than NACA 0024 and if we add to that what is observed near the curvature edge, it is justified to study the S8035 profile for a range of Reynolds values between 100000 and 2000000 (Fig. 4B), obtaining a coefficient of maximum lift of 1.5. The possibility of improving this result is considered to try to obtain a higher lift coefficient.

Por tanto, se realizan modificaciones con el programa xflr5 sobre el perfil S8035, consiguiendo resultados de coeficiente de sustentación con un valor máximo de 1,81 (Fig.4C) siendo este valor más alto que el obtenido en el caso del perfil S8035 y que además se ha obtenido sin variar demasiado la planicidad del borde de salida ni el espesor máximo que presentaba el perfil S8035. Esto hace que se obtenga una geometría de un nuevo perfil simétrico que puede ser utilizado en aerogeneradores, el uso de este perfil requiere de un mecanismo diseñado específicamente para obtener el comportamiento deseado, por lo que es preciso el desarrollar el sistema aerogenerador de la presente invención, el cual soluciona todos los inconvenientes y problemas expuestos en este documento. Las coordenadas del perfil con el que se solucionan los problemas previamente descritos se pueden observar en la Tabla 1.Therefore, modifications are made with the xflr5 program on the S8035 profile, obtaining lift coefficient results with a maximum value of 1.81 (Fig. 4C), this value being higher than that obtained in the case of the S8035 profile and that Furthermore, the flatness of the trailing edge and the maximum thickness of the S8035 profile have been obtained without varying too much. This makes it possible to obtain a geometry of a new symmetrical profile that can be used in wind turbines, the use of this profile It requires a mechanism specifically designed to obtain the desired behavior, which is why it is necessary to develop the wind turbine system of the present invention, which solves all the drawbacks and problems exposed in this document. The coordinates of the profile with which the previously described problems are solved can be seen in Table 1.

En la Fig.2 se puede observar la geometría simétrica de dicho perfil, de acuerdo a las coordenadas de la Tabla 1. En este sentido, el perfil de la pala se representa escalado para una longitud transversal (eje X) total de 1, yendo desde 0 en el punto de partida o borde de ataque (BA) hasta 1 el punto final o borde de salida (BS), y la superficie inferior o intradós (a) equivalente al eje Y inferior, y la superficie superior o extradós (b) equivalente al eje Y superior, también están acorde al dimensionamiento del eje X. El punto de espesor máximo está en el 17,00 ± 0,50% del eje longitudinal X contando desde el borde de ataque (BA) y con un espesor máximo de 14,79 ± 0,20% también de lo que sería el total del eje longitudinal X. En la comparación con el perfil S8035, debido a las particularidades de las alas de los aviones, el punto de máximo espesor está aproximadamente en el 30% del eje longitudinal X contando desde el borde de ataque, el espesor es más continuo y tiene un espesor máximo de 14,00 ± 0,05%. Para mejorar el comportamiento frente al empuje del aire se ha aplanado el perfil aerodinámico, los resultados observados en los argumentos previos y en la gráfica de este nuevo perfil demuestran las ventajas de su implementación en un aerogenerador, para lo cual se requiere modificar cualquiera de las estructuras y configuraciones conocidas, y es también objeto de la presente invención el desarrollar un nuevo sistema aerogenerador de eje vertical que permita la inclusión de esta nueva tipología de pala.In Fig. 2 the symmetric geometry of said profile can be observed, according to the coordinates in Table 1. In this sense, the profile of the blade is represented scaled for a total transverse length (X axis) of 1, going from 0 at the starting point or leading edge (BA) to 1 at the end point or trailing edge (BS), and the lower surface or soffit (a) equivalent to the lower Y axis, and the upper surface or extrados (b ) equivalent to the upper Y axis, they are also according to the dimensioning of the X axis. The maximum thickness point is at 17.00 ± 0.50% of the longitudinal X axis counting from the leading edge (BA) and with a maximum thickness of 14.79 ± 0.20% also of what would be the total of the longitudinal axis X. In comparison with the S8035 profile, due to the peculiarities of the aircraft wings, the point of maximum thickness is approximately 30 % of the longitudinal axis X counting from the leading edge, the thickness is more continuous and has a maximum thickness imo of 14.00 ± 0.05%. To improve the behavior against air pressure, the aerodynamic profile has been flattened, the results observed in the previous arguments and in the graph of this new profile show the advantages of its implementation in a wind turbine, for which it is necessary to modify any of the known structures and configurations, and it is also the object of the present invention to develop a new vertical axis wind turbine system that allows the inclusion of this new type of blade.

El sistema aerogenerador de eje vertical, que se observa en el resto de las figuras, comprende:The vertical axis wind turbine system, which can be seen in the rest of the figures, comprises:

- al menos una pala (1) simétrica de las características previamente indicadas.- at least one symmetrical blade (1) of the previously indicated characteristics.

- cada pala es soportada por una pluralidad de brazos (2) que sobresalen de forma radial al eje principal (7) del aerogenerador;- each blade is supported by a plurality of arms (2) that protrude radially from the main axis (7) of the wind turbine;

- una deslizadera transversal (3) de brazo en al menos uno de los brazos (2) de cada pala; donde la deslizadera tiene un movimiento axial; y donde la deslizadera comprende dos bielas, una primera biela (31) de la que parte un primer brazo articulado (5) que acciona un elemento de bloqueo (4); y una segunda biela (32) de la que parte un segundo brazo articulado (6) que acciona una deslizadera vertical (8) ubicada en el eje principal (7) del aerogenerador; pudiendo esta deslizadera transversal (3) desplazarse por la parte externa del brazo (2) o bien por la parte interna del brazo (2);- a transverse arm slide (3) in at least one of the arms (2) of each blade; where the slide has an axial movement; and where the slide comprises two connecting rods, a first connecting rod (31) from which a first articulated arm (5) that operates a locking element (4) departs; and a second connecting rod (32) from which a second articulated arm (6) that operates a vertical slide (8) located on the main shaft (7) starts. of the wind turbine; this transverse slide (3) being able to move on the external part of the arm (2) or on the internal part of the arm (2);

- un elemento de bloqueo (4), accionado por la primera biela (31) de la deslizadera transversal (3), que comprende:- a locking element (4), actuated by the first connecting rod (31) of the transverse slide (3), comprising:

un bloqueador (40) que dispone en uno de sus vértices un punto de articulación (41) , que permite que el bloqueador (40) girar y entrar en contacto con un tope (42) en el extremo del brazo (2);a blocker (40) having at one of its vertices an articulation point (41), which allows the blocker (40) to rotate and come into contact with a stop (42) at the end of the arm (2);

un tope (42), en contacto con la pala (1), que puede fijar la posición de la pala dependiendo de:a stop (42), in contact with the blade (1), which can fix the position of the blade depending on:

- si el bloqueador está en contacto con el tope la pala queda fija; - si el bloqueador no está en contacto con el tope, la pala puede variar su posición, lo que en adelante se puede denominar como abatimiento de las palas;- if the blocker is in contact with the stop, the blade remains fixed; - if the blocker is not in contact with the stop, the blade can vary its position, which in the following can be referred to as folding down the blades;

- una deslizadera vertical (8), que se desplaza verticalmente a lo largo del eje principal (7) del aerogenerador, y que es accionada por el segundo brazo articulado (6) accionado por la deslizadera horizontal (3), de tal forma que dicha deslizadera vertical (8) se mueve también dependiendo si el elemento de bloqueo (4) está fijado a la pala (1) o no;- A vertical slide (8), which moves vertically along the main axis (7) of the wind turbine, and which is driven by the second articulated arm (6) driven by the horizontal slide (3), in such a way that said vertical slide (8) also moves depending on whether the locking element (4) is fixed to the blade (1) or not;

- al menos un soporte (9) o plato, del que parte el brazo (2) con sus elementos previamente indicados, hace de tope de la deslizadera vertical (8) y que además puede servir de tope para un elemento resorte (10); y- at least one support (9) or plate, from which the arm (2) with its previously indicated elements starts, acts as a stop for the vertical slide (8) and which can also serve as a stop for a spring element (10); Y

- pudiendo haber al menos un elemento resorte (10), como un muelle, ubicado alrededor del eje principal (7) del aerogenerador y entrando en contacto también con la deslizadera vertical (8) regulando su movimiento.- There may be at least one spring element (10), such as a spring, located around the main shaft (7) of the wind turbine and also coming into contact with the vertical slide (8), regulating its movement.

En una realización particular de la invención, tanto el primer brazo articulado (5) como el segundo brazo articulado (6) pueden ser cables.In a particular embodiment of the invention, both the first articulated arm (5) and the second articulated arm (6) can be cables.

En otra posible realización de la invención, la deslizadera vertical (8) puede ubicarse debajo del soporte (9), por lo que no sería necesaria la presencia del resorte (10), ya que el propio peso de la deslizadera vertical (8) acciona el brazo articulado con el que se desplaza la deslizadera horizontal (3).In another possible embodiment of the invention, the vertical slide (8) can be located under the support (9), so the presence of the spring (10) would not be necessary, since the weight of the vertical slide (8) actuates the articulated arm with which the horizontal slide (3) moves.

También, adicionalmente, el elemento bloqueador (4) puede comprender un motor y un control electrónico que permite actuar sobre el bloqueador (40) para fijar o desbloquea la pala (1) en función de la velocidad del viento, pudiendo este motor y control electrónico actuar junto la acción de la deslizadera horizontal, o puede funcionar de manera independiente ante cualquier tipo de improviso.Also, additionally, the blocking element (4) may comprise a motor and an electronic control that allows acting on the blocker (40) to fix or unblock the blade (1) depending on the wind speed, this motor and electronic control being able to act together with the action of the horizontal chute, or it can work independently in the event of any kind of improvisation.

El aerogenerador objeto de la presente invención, tal como se puede ver en la Fig.5, es un aerogenerador de eje vertical que funciona mediante la sustentación producida por un perfil aerodinámico, como en otros modelos similares se requiere de un sistema de arranque.The wind turbine object of the present invention, as can be seen in Fig. 5, is a vertical axis wind turbine that works by means of the lift produced by an aerodynamic profile, as in other similar models a starting system is required.

Entonces, el sistema de arranque del aerogenerador utiliza un mecanismo que permite el abatimiento de las palas a bajas velocidades de viento e impide que las palas se abatan cuando la velocidad angular en el eje de giro alcanza un determinado valor. Este innovador diseño es capaz de competir en rendimiento simultáneamente tanto con los modelos diseñados para arrancar con poco aire como aquellos que requieren de un viento más fuerte para funcionar (proporciona más KW/año).Then, the wind turbine's starting system uses a mechanism that allows the blades to be lowered at low wind speeds and prevents the blades from loosening when the angular velocity in the axis of rotation reaches a certain value. This innovative design is able to compete in performance simultaneously with both models designed to start with little air and those that require a stronger wind to operate (provides more kW / year).

El presente aerogenerador de eje vertical comprende por tanto un mecanismo que le permite funcionar tanto a velocidades bajas como velocidades altas del viento. Este funcionamiento se puede realizar gracias a un mecanismo de bloqueo previamente indicado, basado en el un elemento de bloqueo (4) en contacto con la pala (1) y siendo accionado por el sistema de deslizaderas, tal que, conforme el aerogenerador acelera entra en acción el mecanismo de bloqueo, dicho mecanismo se encarga de modificar la configuración del aerogenerador para poder realizar un aprovechamiento optimo a altas velocidades de viento.The present vertical axis wind turbine therefore comprises a mechanism that allows it to operate both at low speeds and at high wind speeds. This operation can be carried out thanks to a previously indicated locking mechanism, based on a locking element (4) in contact with the blade (1) and being actuated by the slide system, such that, as the wind turbine accelerates it enters into action of the locking mechanism, said mechanism is responsible for modifying the configuration of the wind turbine to be able to make optimal use at high wind speeds.

A bajas velocidades de viento el aerogenerador permite girar las palas. Este comportamiento permite en condiciones de poco viento producir energía aprovechando el arrastre que el viento provoca sobre las palas del aerogenerador, tal y como sucede con los aerogeneradores basados en el diseñado por el ingeniero Sigurd J. Savonius. Tal y como indicábamos en puntos anteriores la presente invención difiere de las innovaciones aportadas hasta ahora y que se basaban en este principio, dado que en nuestro caso lo que se hace es aprovechar la simetría de nuestro perfil aerodinámico para, de este modo, minimizar la resistencia cuando la pala se desplaza en sentido contrario al del viento y, al mismo tiempo provocar su apertura en los instantes en los que dicha pala se desplaza en el mismo sentido que el viento. En la Fig.6 se observa con claridad dicho comportamiento. En esa imagen observamos una instantánea del aerogenerador, a la que se han añadido en discontinuo el resto de las posiciones relevantes para comprender el funcionamiento del aerogenerador a lo largo de una vuelta. Del mismo modo se han numerado las posiciones en las que el ala varia su manera de comportarse. Podemos dividir, por tanto, el comportamiento en cuatro zonas (Z1, Z2, Z3 y Z4):At low wind speeds, the wind turbine allows the blades to rotate. This behavior makes it possible in low wind conditions to produce energy by taking advantage of the drag that the wind causes on the wind turbine blades, as happens with wind turbines based on the one designed by the engineer Sigurd J. Savonius. As we indicated in previous points, the present invention differs from the innovations provided so far and that were based on this principle, since in our case what is done is to take advantage of the symmetry of our aerodynamic profile to, in this way, minimize the resistance when the blade moves in the opposite direction to that of the wind and, at the same time, cause it to open at the moments when said blade moves in the same direction as the wind. This behavior is clearly observed in Fig. 6. In this image we see a snapshot of the wind turbine, to which the rest of the relevant positions have been added in discontinuous order to understand the operation of the wind turbine throughout a turn. In the same way, the positions in which the wing varies its way of behaving. We can therefore divide the behavior into four zones (Z1, Z2, Z3 and Z4):

(Z1) - (Z2): Entre estos dos puntos el aerogenerador abrirá la pala (1) para poder captar el máximo viento posible, al ser esta la zona en la que la pala se desplaza en el mismo sentido que el viento (V)(Z1) - (Z2): Between these two points the wind turbine will open the blade (1) to be able to capture the maximum possible wind, as this is the area in which the blade moves in the same direction as the wind (V)

(Z2) - (Z3): En este intervalo el perfil posiciona su eje de simetría paralelo a la dirección del viento (V), esto se debe a que un perfil simétrico siempre tendrá a colocarse en la posición antes descrita y con el viento entrando por el borde de ataque para oponer la mínima resistencia posible. En este intervalo debido a las características del diseño, esta posición está permitida.(Z2) - (Z3): In this interval the profile positions its axis of symmetry parallel to the wind direction (V), this is because a symmetric profile will always have to be placed in the position described above and with the wind entering along the leading edge to provide the least possible resistance. In this range due to design features, this position is allowed.

(Z3) - (Z4): Al llegar la pala (1) al punto (Z3) el tope del elemento de bloqueo (4) de giro impide que el perfil se posicione de la forma que lo hacía en el intervalo anterior, además, este comportamiento crea un momento que se opone a la dirección permitida del giro del ala, por lo que durante este intervalo el ala permanece en una posición fija con respecto al brazo.(Z3) - (Z4): When the blade (1) reaches point (Z3), the stop of the rotation locking element (4) prevents the profile from being positioned in the way it did in the previous interval, in addition, this behavior creates a moment that opposes the allowed direction of wing rotation, so that during this interval the wing remains in a fixed position with respect to the arm.

(Z4) - (Z1): A partir del punto (Z4) el empuje sobre el borde de ataque del perfil provocará un momento en el sentido de giro permitido de la pala (1), lo cual provocará el giro de esta hasta llegar a la posición (Z1).(Z4) - (Z1): From point (Z4) the thrust on the leading edge of the profile will cause a moment in the allowed direction of rotation of the blade (1), which will cause the blade to rotate until it reaches position (Z1).

Para terminar el análisis del funcionamiento del sistema aerogenerador a bajas revoluciones se debe indicar que entre los puntos (Z1) y (Z2) de funcionamiento los valores que tomará el ángulo de la pala con respecto a la dirección del viento estarán comprendido entre 0° y 90°.To finish the analysis of the operation of the wind turbine system at low revolutions, it must be indicated that between the operating points (Z1) and (Z2) the values that the angle of the blade will take with respect to the wind direction will be between 0 ° and 90 °.

Tras haber analizado su comportamiento a bajas velocidades de viento pasamos a mostrar el funcionamiento del mecanismo de transición. En este sentido, conforme el aerogenerador acelera entra en acción el mecanismo de bloqueo, dicho mecanismo se encarga de modificar la configuración del aerogenerador para poder realizar un aprovechamiento optimo a altas velocidades de viento.After having analyzed its behavior at low wind speeds, we now show the operation of the transition mechanism. In this sense, as the wind turbine accelerates, the locking mechanism comes into action, said mechanism is in charge of modifying the configuration of the wind turbine to be able to make optimal use at high wind speeds.

La Fig.7 representa la posición del mecanismo de bloqueo cuando el viento es reducido o nuloFig. 7 represents the position of the locking mechanism when the wind is low or zero

Inicialmente, cuando la velocidad del viento es reducida o nula el mecanismo permite el giro del perfil aerodinámico de la pala (1) produciendo el funcionamiento que hemos indicado en el punto anterior. Conforme aumentan las revoluciones en el eje, se genera una fuerza centrífuga en una deslizadera transversal (3) del brazo que provoca el desplazamiento de esta a lo largo de dicho brazo (2) variando la configuración del sistema de bielas (31,32), dicho movimiento se propaga al elemento de bloqueo (4) a través de una de las bielas. Por otro lado, a través de la segunda biela el movimiento se transmite a la deslizadera vertical (8) del eje principal (7) provocando el descenso o ascenso de esta dependiendo del sentido en el que se desplace la deslizadera transversal (3) del brazo como se ve más adelante. Por último, este sistema queda sujeto al eje principal (7) mediante un soporte o plato (9), siendo esta pieza la encargada de transmitir la fuerza al eje principal generando el par de giro que será aprovechado por el generador para producir energía eléctrica.Initially, when the wind speed is reduced or null, the mechanism allows the rotation of the aerodynamic profile of the blade (1), producing the operation that we have indicated in the previous point. As the revolutions in the shaft increase, a centrifugal force is generated in a cross slide (3) of the arm that causes the displacement of this along said arm (2) varying the configuration of the connecting rod system (31,32), said movement propagates to the locking element (4) through one of the connecting rods. On the other hand, through the second connecting rod the movement is transmitted to the vertical slider (8) of the main shaft (7) causing the descent or ascent of this depending on the direction in which the transverse slider (3) of the arm moves. as seen later. Finally, this system is attached to the main shaft (7) by means of a support or plate (9), this piece being in charge of transmitting the force to the main shaft generating the torque that will be used by the generator to produce electrical energy.

En este sentido, cuando la velocidad del viento es baja el mecanismo permite el giro de la pala (1) produciendo el funcionamiento que hemos indicado en el punto anterior. Conforme el aumentan las revoluciones en el eje la inercia creada en los brazos (2) provoca el desplazamiento de la deslizadera horizontal (3) del brazo. En la Fig.8 se puede observar fuerzas y momentos que experimentan los principales componentes.In this sense, when the wind speed is low, the mechanism allows the blade (1) to rotate, producing the operation that we have indicated in the previous point. As the revolutions in the shaft increase, the inertia created in the arms (2) causes the displacement of the horizontal slide (3) of the arm. In Fig. 8 you can see forces and moments experienced by the main components.

Tal y como se observa, la inercia descrita antes provoca un par de giro en el bloqueador (40), por tanto, el objetivo de este mecanismo es posicionar elemento bloqueador (4) de forma que impida el giro de la pala (1) que observamos a bajas revoluciones.As can be seen, the inertia described above causes a torque of rotation in the blocker (40), therefore, the objective of this mechanism is to position the blocking element (4) in such a way as to prevent the rotation of the blade (1) that we observe at low revs.

No obstante, para que el elemento bloqueador (4) se coloque en la posición adecuada es necesario que realice la última parte del giro en el intervalo (Z3)-(Z4) que describíamos antes, dado que en los otros intervalos dicho giro queda bloqueado, tal y como se indica en la Fig.9.However, for the blocking element (4) to be placed in the proper position, it is necessary to carry out the last part of the turn in the interval (Z3) - (Z4) that we described earlier, since in the other intervals said turn is blocked , as indicated in Fig. 9.

Para finalizar el proceso de bloqueo se deben bloquear todos los brazos (2). En la Fig.10 se puede observar el resultado final de dicho proceso y posición final de mecanismo de bloqueo.To complete the locking process, all arms (2) must be locked. In Fig. 10 you can see the final result of this process and the final position of the locking mechanism.

Si en algún momento el viento cesa el aerogenerador volverá a recuperar su posición inicial. En la Fig.11 se muestran las fuerzas que se producen cuando se reduce o cesa el viento. De este modo se puede ver que el aerogenerador altera su funcionamiento en función de la velocidad del viento.If at any time the wind stops, the wind turbine will return to its initial position. The forces that occur when the wind is reduced or stopped are shown in Fig. 11. In this way it can be seen that the wind turbine alters its operation depending on the wind speed.

En las Figuras anteriores se observan los mecanismos de giro y deslizamiento presentes en el sistema aerogenerador, donde destaca que hay una deslizadera vertical (8) en el eje principal (7) con un resorte (10), por tanto, quedaría por analizar cómo influye el ángulo que forma la segunda biela (32) que transmite el movimiento entre la deslizadera vertical (7) del eje y primera biela (31) que transmite el movimiento en el brazo (2) y que está sujeta al desplazamiento que experimenta la deslizadera horizontal (3). En la Fig.12 se muestra un gráfico representado los resultados del desplazamiento de una deslizadera con respecto a otra en función del ángulo, representándose en p el valor del ángulo de la biela con el eje, y donde se muestran los resultados de la proporción de fuerza que se transmite entre las deslizaderas (3 y 8) en función del ángulo que forman el segundo brazo articulado (6) con el brazo (2).In the previous Figures the turning and sliding mechanisms present in the wind turbine system are observed, where it stands out that there is a vertical slide (8) on the main axis (7) with a spring (10), therefore, it would remain to analyze how it influences the angle formed by the second connecting rod (32) that transmits the movement between the vertical slide (7) of the shaft and the first connecting rod (31) that transmits the movement in the arm (2) and that is subject to the displacement experienced by the horizontal slide (3). In Fig. 12 it is shows a graph representing the results of the displacement of one slide with respect to another as a function of the angle, representing in p the value of the angle of the connecting rod with the axis, and where the results of the proportion of force transmitted between the sliders (3 and 8) depending on the angle formed by the second articulated arm (6) with the arm (2).

Por lo que se puede observar, el desplazamiento de una deslizadera influirá más en el de la otra cuando la biela que las une forme ángulos cercanos a los 45° con el eje principal. El objetivo de este sistema es, por tanto, bloquear el giro de la pala transformando el movimiento de la deslizadera del brazo, creado por la inercia de la pala, en el giro del bloqueador (40) el cual bloquea el giro de la pala (1).From what can be seen, the displacement of one slide will have a greater influence on that of the other when the connecting rod that joins them forms angles close to 45 ° with the main axis. The objective of this system is, therefore, to block the rotation of the blade by transforming the movement of the arm slide, created by the inertia of the blade, into the rotation of the blocker (40) which blocks the rotation of the blade ( 1).

Por último, en la siguiente figura, procederemos a mostrar el funcionamiento cuando el eje principal adquiere unas altas velocidades angulares.Finally, in the following figure, we will proceed to show the operation when the main shaft acquires high angular speeds.

Finalmente, se vuelve a indicar que este mecanismo de bloqueo incorpora una deslizadera vertical (8) en el eje principal (7), que en las imágenes se ha posicionado por encima del brazo (2) que incorpora el elemento bloqueador (4) y además se ha incorporado un resorte (10) en el eje principal. En función de las condiciones físicas o las necesidades energéticas se podría situar la deslizadera del eje principal por debajo del citado brazo e incorporar o no dicho resorte.Finally, it is again indicated that this locking mechanism incorporates a vertical slide (8) on the main axis (7), which in the images has been positioned above the arm (2) that incorporates the locking element (4) and also a spring (10) has been incorporated in the main shaft. Depending on the physical conditions or energy needs, the main shaft slide could be located below said arm and incorporate said spring or not.

Finalmente, cuando la fuerza del viento es suficiente, el aerogenerador aprovechará el fenómeno de la sustentación tal y como sucede en los aerogeneradores basados en el diseño de Georges Jean Maríe Darrieus. En la Fig.13 se puede observar la posición de las palas en esa configuración. Finally, when the wind force is sufficient, the wind turbine will take advantage of the lift phenomenon as it happens in wind turbines based on the design of Georges Jean Marie Darrieus. In Fig. 13 you can see the position of the blades in this configuration.

Claims

r e iv in d ic a c io n e sr e iv in d ic a tio n s

1 Blade for a vertical axis wind turbine system, characterized in that the profile has a symmetrical geometry, comprising the maximum thickness at a point located at 17.00 ± 0.50% of the longitudinal axis counting from the leading edge and comprising a maximum thickness of 14.79 ± 0.20% of the total longitudinal axis.

2.- Blade for a vertical axis wind turbine system, according to claim 1, where the X axis is the longitudinal axis, x = 0 the leading edge, x = 1 the trailing edge, the lower Y axis is the intrados of the blade. and the upper Y axis is the upper surface of the blade, the geometry of the blade profile is in accordance with the following coordinates:

3. - Vertical axis wind turbine system, which modifies the angle of the blades to position them according to the wind speed, characterized by comprising:

- at least one blade (1) with a symmetrical profile according to any of claims 1-2;

- a plurality of arms (2) projecting radially to a main axis (7) of the wind turbine; and support each blade (1);

- a transverse arm slide (3) with axial movement in at least one of the arms (2) of each blade; and where the slide comprises two connecting rods, a first connecting rod (31) from which a first articulated arm (5) that operates a locking element (4) departs; and a second connecting rod (32) from which a second articulated arm (6) starts that operates a vertical slide (8) located on the main shaft (7) of the wind turbine;

- a locking element (4), in contact with the blade (1), comprising a lock (40) which, when the locking element (4) is actuated, varies its position and fixes or unlocks the blade (1);

- a vertical slide (8), which moves vertically along the main axis (7) of the wind turbine, and which is actuated by the second articulated arm (8);

- At least one support (9) or plate, from which the arm (2) starts and acts as a stop for the vertical slide (8), and which is located on the main axis (7).

4. - Vertical axis wind turbine system according to claim 3, wherein the blocking element (4) comprises a blocker (40) that has a articulation point (41), which, actuated by the first articulated arm (5), allows the blocker (40) to rotate and come into contact with a stop (42) at the end of the arm (2); a stop (42), in contact with the blade (1), which can fix the position of the blade depending on the position of the blocker (40).

5. - Vertical axis wind turbine system, according to claim 3, where around the main axis (7) of the wind turbine, and coming into contact with the vertical slide (8) when it is on the support (9), there is a spring element (10).

6. - Vertical axis wind turbine system, according to claim 5, where the spring element (10) rests on the support (9) or plate.

7. - Vertical axis wind turbine system according to claim 5, where the spring element (10) is a spring.

8. - Vertical axis wind turbine system, according to claim 3, where any of the articulated arms (5 and 6) are cables.

9. - Vertical axis wind turbine system according to claim 3, wherein the blocking element (4) comprises a motor and an electronic control that operates the blocker (40).