ES2957739A1 - Central de generacion de energia eolica canalizada y autopropulsada - Google Patents

Abstract

Central de energía eólica canalizada y autopropulsada que aumenta su rendimiento respecto a otras soluciones, permitiendo una producción continua de energía, reduciendo su impacto medioambiental y paisajístico respecto a los aerogeneradores convencionales, así como evitando los potenciales daños derivados de una elevada velocidad del viento. Está formada, al menos, por un conducto de admisión vertical (13), un conducto de extracción vertical (14) y un conducto horizontal (3) que conecta ambos conductos verticales, dentro del cual existen una o varias turbinas (4) situadas en serie, existiendo una torre de admisión (1) conectada al conducto de admisión (13) y una torre de extracción (2) conectada al conducto de extracción (14), dotadas ambas torres de una serie de plataformas horizontales (10) y uno o varios colectores (8, 9) dotados de una serie de segmentos concéntricos que realizan un estrechamiento de la sección de paso del aire que generan un aumento de su velocidad.

Description

DESCRIPCIÓN

CENTRAL DE GENERACIÓN DE ENERGÍA EÓLICA CANALIZADA Y

AUTOPROPULSADA

SECTOR DE LA TÉCNICA

La presente invención se inscribe dentro del ámbito de los sistemas de producción de energías renovables, en concreto en el campo de la energía eólica y los dispositivos para la generación de energía mediante el aprovechamiento del viento.

ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN

La producción de energía mediante fuentes renovables ha ido adquiriendo con el tiempo una importancia cada vez mayor en la producción de energía global, siendo clave en la sostenibilidad del sistema energético y en la lucha contra el llamado cambio climático.

Uno de los tipos de energía renovable más importante en la actualidad es la energía eólica, que es aquella que se obtiene a partir del viento, es decir, mediante el aprovechamiento de la energía cinética de las masas de aire.

Para ello, se emplean aerogeneradores, que son dispositivos que transforman dicha energía cinética en energía mecánica y, a su vez, ésta en energía eléctrica. Para ello, están formados por una turbina o rotor dotado de palas que gira por efecto de la corriente de aire, y transmite la rotación a un multiplicador que eleva la velocidad de giro y un generador que transforma dicha rotación en energía eléctrica.

Los aerogeneradores suelen tener una gran altura, normalmente entre 80 y 120 metros y, a fin de maximizar su rendimiento, se orientan en la dirección del viento gracias a una veleta.

Lógicamente, el óptimo aprovechamiento de los aerogeneradores depende de la fuerza del viento y, por ello, los parques eólicos, que agrupan un número elevado de aerogeneradores, se implantan en lugares donde la presencia del viento es predominante.

Cuando los parques eólicos se emplazan en tierra firme, se habla de energía eólica terrestre, mientras que si se sitúan en alta mar hablamos de energía eólica marina, donde el viento alcanza una velocidad mayor y más constante debido a la inexistencia de barreras.

La energía eólica presenta indudables ventajas, es limpia, inagotable y relativamente barata comparada con otras fuentes de energía renovable. No obstante, la energía eólica producida mediante aerogeneradores también presenta algunos inconvenientes.

Por una parte, al depender de la presencia del viento, no es posible asegurar un suministro energético constante. Además, si la velocidad del viento supera el máximo que puede soportar el aerogenerador, puede causar daños en el mismo e interrumpir la producción eléctrica.

Por otra parte, existe un impacto medioambiental derivado de las muertes de animales, especialmente avifauna, al impactar contra las palas de la turbina. Adicionalmente, existe un importante impacto paisajístico por la presencia de los parques eólicos, especialmente en los espacios naturales.

Una forma de superar algunos de estos inconvenientes es la canalización de las corrientes de aire, de forma que las turbinas quedan en el interior de dichas canalizaciones, reduciendo el impacto ambiental y paisajístico.

Como antecedente encontramos en primer lugar el documento DE202008008502, donde se describe un elemento a modo de chimenea para encauzar hacia el interior el viento exterior, acelerándolo al estrecharse el conducto en cuyo interior se monta una turbina eólica para la producción de energía.

Por otra parte, en el documento DE202010015102 se describe una invención con un conducto vertical que aprovecha el efecto chimenea para succionar aire por su parte inferior y accionar una turbina para la transformación de las corrientes de aire en energía mecánica y ésta en energía eléctrica mediante un generador.

El documento DE202011001483 unifica los dos anteriores describiendo un sistema compuesto por una boca de aspiración y una boca de expulsión similares a las descritas en DE202008008502 unidas por un conducto en cuyo interior se sitúa una turbina.

Estas invenciones tienen un enfoque a la producción de energía doméstica y no industrial, no aprovechando al máximo las posibilidades de aceleración del flujo que permiten los conductos para maximizar el rendimiento energético, así como tampoco tienen sistemas que permitan el suministro energético constante, no estando pensadas para un despliegue a gran escala como alternativa a los aerogeneradores convencionales.

En esta dirección encontramos la invención descrita en CN107191335, donde se describe un sistema de generación de energía eólica mediante la producción de un efecto de tornado artificial a través de una torre con un conducto en forma de espiral.

Por otra parte, en los sistemas actuales, especialmente en instalaciones no conectadas a la red general, la ausencia de viento implica la imposibilidad de generar energía, por lo que existe la necesidad de centrales eólicas que incorporen sistemas auxiliares de producción de energía en caso de ausencia de viento.

Es por todo ello, que se encuentra la necesidad en el mercado de producción de energía eléctrica de sistemas de producción de energía eólica que maximicen sus ventajas minimizando sus inconvenientes, aumentando su rendimiento, permitiendo una producción continua de energía, reduciendo su impacto medioambiental y en el paisaje, así como evitando los potenciales daños derivados de una elevada velocidad del viento.

EXPLICACIÓN DE LA INVENCIÓN

El objeto de la presente invención es la obtención de una central de energía eólica canalizada y autopropulsada que concentra y reproduce el viento natural, aumentando su rendimiento respecto a otras soluciones, permitiendo una producción continua de energía, reduciendo su impacto medioambiental y en el paisaje respecto a los aerogeneradores convencionales, así como evitando los potenciales daños derivados de una elevada velocidad del viento.

La central de energía eólica autopropulsada objeto de la presente invención está formada, al menos, por un conducto de admisión vertical, un conducto de extracción vertical y un conducto horizontal que conecta ambos conductos verticales, dentro del cual existen una o varias turbinas situadas en serie.

El conducto de admisión está conectado con el exterior a través de una torre llamada de admisión, por la que entra el aire a presión originado por el viento y el conducto de extracción está conectado con el exterior por una torre llamada de extracción por donde sale al exterior la corriente de aire una vez ha pasado a través del conducto horizontal y las turbinas.

El sistema de conductos y torres puede situarse sobre una elevación del terreno, de forma que los conductos son subterráneos y las torres quedan en superficie, teniendo una altura que permite llegar a cotas con mayor presión de viento.

La torre de admisión está formada por una serie de plataformas horizontales que conforman varios niveles y funcionan como deflectores, apoyándose sobre columnas o pilares verticales. Dentro de dichas plataformas se sitúa uno o varios colectores cilíndricos de admisión compuesto cada uno de ellos por varios segmentos concéntricos, estando situado cada segmento en correspondencia de un nivel o plataforma, y estando los segmentos de diámetro decreciente situados desde la parte inferior de la torre a la parte superior.

Transversalmente a cada segmento de cada colector de admisión se sitúa un conducto de aspiración o tobera de admisión por donde penetra el aire en el interior de cada segmento. La corona circular formada entre los distintos segmentos concéntricos realiza un estrechamiento de la sección de paso del aire, de forma que se produce un aumento de la velocidad el aire desde los niveles superiores a los inferiores del colector a la vez que aumenta el caudal de aire que se une entrando por las toberas en los diversos niveles.

A fin de maximizar el aprovechamiento de las corrientes de viento, cada colector de admisión puede rotar para alinear la entrada de las toberas de admisión con la dirección del viento, determinada por una veleta en la parte superior de la torre, estando accionada dicha rotación mediante un motorreductor eléctrico, que puede estar formado en caso de existir un único colector en la torre por una corona dentada en la base del colector, engranada con un piñón unido al eje del motor eléctrico. La veleta marca la dirección del viento a través de un encoder, de forma no limitativa, enviando la señal al motorreductor para que realice el posicionamiento.

A fin de permitir su rotación, los segmentos del colector de admisión están apoyados en las plataformas mediante rodamientos:

De forma similar, la torre de extracción está también formada por una serie de plataformas horizontales que conforman varios niveles y funcionan como deflectores, apoyándose sobre columnas o pilares verticales. Dentro de dichas plataformas se sitúan también uno o varios colectores cilíndricos de extracción compuesto cada uno de ellos por varios segmentos concéntricos, estando situado cada segmento en correspondencia de un nivel o plataforma, y estando los segmentos de diámetro decreciente situados desde la parte inferior de la torre a la parte superior.

Transversalmente a cada segmento de cada colector de extracción se sitúa un conducto de extracción o tobera de extracción por donde sale el aire del interior de cada segmento proveniente del conducto horizontal, así como un conducto de admisión secundario o tobera de admisión secundaria. La tobera de admisión secundaria se sitúa en la parte inferior de cada segmento y la tobera de extracción en la parte superior de cada segmento, de forma que la presión de aire del viento exterior que entra por la tobera de aspiración secundaria favorece la salida de aire proveniente de la corriente interior a través de la tobera de extracción, aumentando el caudal de salida de aire al exterior.

La corona circular formada entre los distintos segmentos concéntricos realiza un estrechamiento de la sección de paso del aire, de forma que se produce un aumento de la velocidad el aire desde los niveles inferiores a los superiores del colector de extracción, aumentando el efecto de succión en dicho colector de extracción.

A fin de maximizar el aprovechamiento de las corrientes de viento, cada colector puede rotar para alinear la entrada de las toberas de admisión secundarias con la dirección del viento, determinada por una veleta en la parte superior de la torre, estando accionada dicha rotación mediante un motorreductor eléctrico, que puede también estar formado en caso de existir un único colector en la torre por una corona dentada en la base del colector, engranada con un tornillo sinfín unido al eje del motor eléctrico. Como anteriormente, la veleta marca la dirección del viento a través de un encoder, de forma no limitativa, enviando la señal al motorreductor para que realice el posicionamiento.

A fin de permitir su rotación, los segmentos del colector de extracción están también apoyados en las plataformas mediante rodamientos:

Si se sitúan varios colectores tanto en la torre de admisión como en la de extracción, se aumenta el caudal de entrada de aire y pueden con ello emplearse turbinas de mayores dimensiones. En este caso, el conjunto de colectores puede rotar de forma conjunta estando engranados entre sí mediante un tornillo sinfín engranado con las coronas dentadas de cada colector y accionado por un único motorreductor.

Las turbinas están formadas por una corona de álabes fijos y un rotor giratorio con una serie de palas o álabes, estando unido su eje a través de una transmisión mecánica con el eje de un generador eléctrico que convierte la energía mecánica de rotación del rotor producida por el paso de la corriente de aire en energía eléctrica. La transmisión mecánica está formada por una correa que une dos poleas, una polea en el eje de la turbina y otra polea en el eje del generador, teniendo una relación de transmisión tal que multiplica la velocidad de rotación del rotor de la turbina.

A fin de aumentar ulteriormente la velocidad del flujo de aire, el rotor incorpora una corona cilíndrica periférica en el extremo de los álabes, montando por fuera de dicha corona en el extremo periférico de cada álabe una pequeña tobera en forma de L.

A la entrada de las turbinas en el conducto horizontal puede situarse una tobera o estrechamiento que produce una ulterior aceleración del flujo de aire. A la entrada de dicha tobera se sitúa una compuerta que cierra la aspiración de aire proveniente de la torre de admisión en caso de una presión de viento excesiva que pueda dañar las turbinas. Dicha compuerta está formada por dos puertas batientes que rotan cada una de ellas sobre un eje situado en el centro del conducto y perpendicular al eje de éste, cerrando el paso totalmente cuando son perpendiculares a dicho eje del conducto y abriéndolo totalmente cuando están en posición paralela también a dicho eje.

En caso de una elevada presión de viento, la existencia de numerosos colectores puede provocar la necesidad de atenuar el exceso de caudal, teniéndose en este caso una potencia sobrante, que permite regular la velocidad de rotación de los generadores en cada momento según la demanda energética. En caso de una presión de viento inferior, la compuerta descrita puede situarse también en una posición intermedia o semiabierta, produciendo una ulterior aceleración del flujo de aire en el conducto para permitir el accionamiento de las turbinas sin necesidad de emplear sistemas auxiliares como los que se describirán más adelante, que se emplearían con niveles de viento aún más bajos y precisan la aportación de energía.

Los generadores están ubicados en una sala o túnel de servicio paralelo al conducto horizontal y unido a éste a través de unas aberturas, así como con el exterior a través de una o varias aberturas de acceso.

A fin de asegurar un suministro continuo de energía proveniente de los generadores en casos puntuales de una baja presión del viento, la central está dotada de un sistema auxiliar compuesto por una serie de ventiladores o impulsores que introducen una corriente de aire en el conducto horizontal a la entrada de la serie de turbinas, así como una serie de extractores que extraen dicha corriente aire a la salida de la serie de turbinas. Los impulsores y extractores están ubicados en estancias adyacentes al conducto horizontal y abiertas hacia el exterior por su parte superior por donde los impulsores pueden aspirar el aire exterior y lo extractores expulsar el aire interior, estando dotadas de una cubierta de protección.

Dichos impulsores y extractores están accionados por energía eléctrica proveniente de baterías que pueden cargarse mediante energía fotovoltaica, pudiendo situarse las placas solares en la parte superior de las torres.

A fin de asegurar la disponibilidad del sistema en caso de ausencia de viento una vez agotadas las baterías, o bien por tareas de mantenimiento, existe un segundo generador por turbina acoplado a un motor de combustión interna, que puede mantener la producción de energía eléctrica en estos periodos, estando acoplado el motor a dicho generador mediante una polea que mueve una correa que a su vez acciona una polea en el eje del generador.

Por otra parte, este segundo generador está también acoplado a la turbina correspondiente a través de un embrague múltiple electrónico, de forma que el motor de combustión interna puede trabajar en combinación con dicha turbina en caso de un nivel bajo de viento, regulándose la aportación de cada uno mediante un sensor de intensidad o amperaje de la energía eléctrica producida. Asimismo, los segundos generadores pueden actuar como generadores principales en caso de fallo de estos segundos, aumentando la disponibilidad de la central.

Para ello, el embrague múltiple electrónico tiene una estructura simétrica y está formado por un eje central con dos extremos estriados en cada uno de los cuales va montado un bloque de embrague similar. En cada uno de los bloques van montados dos discos de embrague sobre el extremo estriado del eje y una polea va montada solidariamente sobre un casquillo cilíndrico por cuyo interior pasa el eje central y puede girar gracias a unos rodamientos. Sobre dicho casquillo va fijado un primer embrague que pinza uno de los discos y con ello une el movimiento de la polea con el del eje central, así como un segundo embrague unido a un eje extremo colineal con el eje central, también montado sobre rodamientos, en cuyo extremo van montadas dos juntas cardan unidas entre sí por un eje desmontable y fijadas en el extremo a una brida que va unida al eje del generador principal en un bloque y al eje del segundo generador en el otro bloque. El segundo embrague pinza el segundo disco de embrague y con ello une su movimiento al eje central. La brida va fijada a la junta cardan mediante un acoplamiento machihembrado de forma cónica retenido mediante un pasador.

Las juntas cardan permiten que la posición del eje de los generadores esté en un cierto ángulo respecto al eje de la turbina y del motor de combustión a fin de adaptarse al espacio geométrico de la sala o túnel si es necesario.

En uno de los bloques la polea es accionada por la correa movida por la turbina, mientras en el otro bloque la polea es accionada por la correa movida por el motor de combustión interna.

Embragando o desembragando el primer y segundo embrague de cada uno los dos bloques, en función de la cantidad de viento, se consigue que la tanto la turbina como el motor de combustión interna muevan uno o los dos generadores a la vez, funcionando turbina y motor de forma independiente o conjunta.

A fin de evacuar los gases de escape de los motores de combustión interna, un conducto recorre la sala o túnel de servicio recogiendo dichos gases y evacuándolos al exterior a través de un catalizador para minimizar la contaminación ambiental. Asimismo, un segundo conducto recorre también dicha sala conectando los colectores de admisión de los motores de combustión interna con un único turbocompresor común que aumenta la presión en la admisión mejorando la combustión, el arranque, revolucionando más los motores y ahorrando aceleración.

La central así descrita aumenta su rendimiento respecto a otras soluciones gracias al sistema de toberas, colectores y turbinas en serie, aumentando la velocidad del flujo del aire y alcanzando su máximo aprovechamiento.

Al ser el sistema subterráneo se reduce su impacto medioambiental y en el paisaje respecto a los aerogeneradores convencionales. Gracias a la canalización y el aislamiento que proporciona la compuerta, el sistema se protege contra los potenciales daños derivados de una elevada velocidad del viento. Asimismo, el sistema auxiliar y los motores de combustión interna permiten una producción continua de energía.

A lo largo de la descripción y de las reivindicaciones, la palabra «comprende» y sus variantes no pretenden excluir otras características técnicas, componentes o pasos. Para los expertos en la materia, otros objetos, ventajas y características de la invención se desprenderán en parte de la invención y en parte de la práctica de la invención. Los siguientes ejemplos y dibujos se proporcionan a modo de ilustración y no se pretende que restrinjan la presente invención. Además, la invención cubre todas las posibles combinaciones de realizaciones particulares y preferidas aquí indicadas.

BREVE DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS

Para complementar la descripción que se está realizando y con objeto de ayudar a una mejor comprensión de las características de la invención, se acompaña como parte integrante de dicha descripción, un juego de dibujos en donde con carácter ilustrativo y no limitativo, se ha representado lo siguiente:

La Figura 1 muestra una vista lateral seccionada simplificada de una realización preferente de la central de energía eólica canalizada y autopropulsada objeto de la presente invención, con indicación de secciones transversales y longitudinal.

La Figura 2a muestra una vista en alzado de una realización preferente de la torre de aspiración de la central de energía eólica canalizada y autopropulsada objeto de la presente invención con indicación de sección.

La Figura 2b muestra una vista lateral seccionada de una realización preferente de la torre de aspiración de la central de energía eólica canalizada y autopropulsada objeto de la presente invención según la sección indicada en la figura 2a.

La Figura 3a muestra una vista en alzado de una realización preferente de la torre de extracción de la central de energía eólica canalizada y autopropulsada objeto de la presente invención con indicación de sección.

La Figura 3b muestra una vista lateral seccionada de una realización preferente de la torre de extracción de la central de energía eólica canalizada y autopropulsada objeto de la presente invención según la sección indicada en la figura 3a.

La Figura 4 muestra una vista seccionada transversal de una realización preferente de la central de energía eólica canalizada y autopropulsada objeto de la presente invención a la altura del rotor de una turbina.

La Figura 5 muestra una vista seccionada longitudinal en planta de una realización preferente de la central de energía eólica canalizada y autopropulsada objeto de la presente invención en una zona intermedia del conducto transversal según la sección indicada en la figura 1.

La Figura 6 muestra una vista seccionada transversal lateral de una realización preferente de la central de energía eólica canalizada y autopropulsada objeto de la presente invención según la sección indicada en la figura 1.

La Figura 7 muestra una vista seccionada transversal lateral de una realización preferente de la central de energía eólica canalizada y autopropulsada objeto de la presente invención a la altura del sistema auxiliar según la sección indicada en la figura 1.

La Figura 8 muestra una vista seccionada transversal longitudinal de una realización preferente del conjunto eje del embrague múltiple electrónico de la central de energía eólica canalizada y autopropulsada objeto de la presente invención.

La Figura 9a muestra una vista en alzado de otra realización preferente de una torre con varios colectores de la central de energía eólica canalizada y autopropulsada objeto de la presente invención con indicación de sección.

La Figura 9b muestra una vista lateral seccionada de otra realización preferente de una torre con varios colectores de la central de energía eólica canalizada y autopropulsada objeto de la presente invención según la sección indicada en la figura 8a.

REALIZACIÓN PREFERENTE DE LA INVENCIÓN

Empleando la numeración adoptada en las Figuras 1 a 9 del presente documento para identificar los elementos que componen la central de energía eólica canalizada y autopropulsada objeto de la presente invención, se procede a la descripción de dichos elementos para dos realizaciones preferentes de la invención.

En una realización preferente de la invención, la central de energía eólica autopropulsada objeto de la presente invención está formada, al menos, por un conducto de admisión vertical (13), un conducto de extracción vertical (14) y un conducto horizontal (3) que conecta ambos conductos verticales, dentro del cual existen una o varias turbinas (4) situadas en serie.

El conducto de admisión (13) está conectado con el exterior a través de una torre (1) llamada de admisión, por la que entra el aire a presión originado por el viento, y el conducto de extracción (14) está conectado con el exterior por una torre (2) llamada de extracción por donde sale al exterior el aire una vez ha pasado a través del conducto horizontal (3) y las turbinas (4).

En una realización preferente, el sistema de conductos y torres se sitúa sobre una elevación del terreno (21), de forma que los conductos son subterráneos y las torres quedan en superficie, teniendo una altura que permite llegar a cotas con mayor presión de viento.

La torre de admisión (1) está formada por una serie de plataformas horizontales (10) que conforman varios niveles y funcionan como deflectores, apoyándose sobre columnas o pilares verticales (11). En el centro de dichas plataformas (10) se sitúa en una realización preferente un colector cilíndrico de admisión (8) compuesto por varios segmentos concéntricos (22), estando situado cada segmento (22) en correspondencia de un nivel o plataforma (10), y estando los segmentos (22) de diámetro decreciente situados desde la parte inferior de la torre a la parte superior.

Transversalmente a cada segmento (22) del colector de admisión (8) se sitúa un conducto de admisión o tobera de admisión (5) por donde penetra el aire en el interior de cada segmento (22). La corona circular (23) formada entre los distintos segmentos concéntricos (22) realiza un estrechamiento de la sección de paso del aire, de forma que se produce un aumento de la velocidad el aire desde los niveles superiores a los inferiores del colector (8) a la vez que aumenta el caudal de aire que se une entrando por las toberas (5) en los diversos niveles.

A fin de maximizar el aprovechamiento de las corrientes de viento, el colector de admisión (8) puede rotar para alinear la entrada de las toberas de admisión (5) con la dirección del viento, determinada por una veleta (28) en la parte superior de la torre (1), estando accionada dicha rotación mediante un motorreductor eléctrico, que está formado por una corona dentada (42) en la base del colector (9), engranada con un tornillo sinfín (41) unido al eje del motor eléctrico (40).

En una realización preferente, la veleta (28) marca la dirección del viento a través de un encoder, enviando la señal al motorreductor para que realice el posicionamiento.

A fin de permitir su rotación, los segmentos (22) del colector de admisión (8) están apoyados en las plataformas mediante rodamientos (24):

De forma similar, la torre de extracción (2) está también formada por una serie de plataformas horizontales (10) que conforman varios niveles y funcionan como deflectores, apoyándose sobre columnas o pilares verticales (11). En el centro de dichas plataformas (10) en una realización preferente se sitúa también un colector cilíndrico de extracción (9) compuesto por varios segmentos concéntricos (26), estando situado cada segmento (26) en correspondencia de un nivel o plataforma (10), y estando los segmentos (26) de diámetro decreciente situados desde la parte inferior de la torre a la parte superior.

Transversalmente a cada segmento (26) del colector de extracción (9) se sitúa un conducto de extracción o tobera de extracción (6) por donde sale el aire del interior de cada segmento (26) proveniente del conducto horizontal, así como un conducto de admisión secundario o tobera de admisión secundaria (7). La tobera de admisión secundaria (7) se sitúa en la parte inferior de cada segmento (26) y la tobera de extracción en la parte superior de cada segmento (26), de forma que la presión de aire del viento exterior que entra por la tobera de admisión secundaria (7) favorece la salida de aire proveniente de la corriente interior a través de la tobera de extracción (6), aumentando el caudal de salida de aire al exterior.

La corona circular (27) formada entre los distintos segmentos concéntricos realiza un estrechamiento de la sección de paso del aire, de forma que se produce un aumento de la velocidad el aire desde los niveles inferiores a los superiores del colector de extracción (9), aumentando el efecto de succión en dicho colector de extracción (9).

A fin de maximizar el aprovechamiento de las corrientes de viento, el colector de extracción (9) puede rotar para alinear la entrada de las toberas de admisión secundarias (7) con la dirección del viento, determinada por una veleta (28) en la parte superior de la torre, estando accionada dicha rotación mediante un motorreductor eléctrico, que está también formado por una corona dentada (42) en la base del colector (9), engranada con un tornillo sinfín (41) unido al eje del motor eléctrico (40).

Como anteriormente, en una realización preferente la veleta (28) marca la dirección del viento a través de un encoder, enviando la señal al motorreductor para que realice el posicionamiento.

A fin de permitir su rotación, los segmentos (26) del colector de extracción (9) también están apoyados en las plataformas mediante rodamientos (24).

Las turbinas (4) están formadas por una corona de álabes fijos (15) y un rotor giratorio (16) con una serie de álabes (20), estando unido su eje a través de una transmisión mecánica con el eje de un generador eléctrico (17) que convierte la energía mecánica de rotación del rotor (16) producida por el paso de la corriente de aire en energía eléctrica. La transmisión mecánica está formada por una correa (34) que une dos poleas, una polea (33) en el eje de la turbina y otra polea (51.1) en el eje del generador (17), teniendo una relación de transmisión tal que multiplica la velocidad de rotación del rotor (16) de la turbina (4).

A fin de aumentar ulteriormente la velocidad del flujo de aire, el rotor (16) incorpora una corona cilíndrica periférica (46) en el extremo de los álabes, montando por fuera de dicha corona en el extremo periférico de cada álabe (20) una pequeña tobera en forma de L (29).

A la entrada de las turbinas (4) en el conducto horizontal (3) puede situarse una tobera (18) o estrechamiento que produce una ulterior aceleración del flujo de aire. A la entrada de dicha tobera (18) se sitúa una compuerta (12) que cierra la aspiración de aire proveniente de la torre de admisión (12) en caso de una presión de viento excesiva que pueda dañar las turbinas (4). En una realización preferente, dicha compuerta (12) está formada por dos puertas batientes (44) que rotan cada una sobre un eje (45) situado en el centro del conducto (3) y perpendicular el eje de éste, cerrando el paso totalmente cuando son perpendiculares a dicho eje del conducto y abriéndolo totalmente cuando están en posición paralela también a dicho eje. La compuerta (12) puede también situarse en una posición intermedia o semiabierta, produciendo una ulterior aceleración del flujo de aire en el conducto (3).

En una realización preferente, los generadores (17) están ubicados en una sala o túnel de servicio (32) paralelo al conducto horizontal (3) y unido a éste a través de unas aberturas transversales (39), así como con el exterior a través de una o varias aberturas de acceso (31).

A fin de asegurar un suministro continuo de energía proveniente de los generadores (17) en casos puntuales de una baja presión del viento, la central está dotada de un sistema auxiliar compuesto por una serie de ventiladores o impulsores (19) que introducen una corriente de aire en el conducto horizontal a la entrada de la serie de turbinas (4), así como una serie de extractores (47) que extraen dicha corriente aire a la salida de la serie de turbinas (4). Los impulsores (19) y extractores (47) están ubicados en estancias adyacentes (30) al conducto horizontal (3) y abiertas hacia el exterior por su parte superior por donde los impulsores (19) pueden aspirar el aire exterior y los extractores (47) expulsar el aire interior, estando dotadas de una cubierta de protección (38).

Dichos impulsores (19) y extractores (47) están accionados por energía eléctrica proveniente de baterías que pueden cargarse en una realización preferente mediante energía fotovoltaica, estando situadas las placas solares en la parte superior de las torres (1,2).

A fin de asegurar la disponibilidad del sistema en caso de ausencia de viento una vez agotadas las baterías, o bien por tareas de mantenimiento, en una realización preferente existe un segundo generador (35) por turbina (4) acoplado a un motor de combustión interna (37), que puede mantener la producción de energía eléctrica en estos periodos estando acoplado el motor (37) a dicho generador (35) mediante una polea (44) que mueve una correa (45) que a su vez acciona una polea (51.2) en el eje del generador.

Por otra parte, este segundo generador (35) está también acoplado a la turbina (4) correspondiente a través de un embrague múltiple electrónico (36), de forma que el motor de combustión interna (37) puede trabajar en combinación con dicha turbina (4) en caso de un nivel bajo de viento, regulándose la aportación de cada uno mediante un sensor de intensidad o amperaje de la energía eléctrica producida.

Asimismo, los segundos generadores (35) pueden actuar como generadores principales en caso de fallo de estos segundos, aumentando la disponibilidad de la central.

Para ello, el embrague múltiple electrónico (36) tiene una estructura simétrica y está formado por un eje central (48) con dos extremos estriados (49) en cada uno de los cuales va montado un bloque de embrague similar (65.1, 65. 2). En cada uno de los bloques (65.1, 65. 2), van montados dos discos de embrague (55, 57) sobre el extremo estriado del eje (49) y una polea (51.1, 51,2) va montada solidariamente sobre un casquillo cilíndrico (50) por cuyo interior pasa el eje central (48) y puede girar gracias a unos rodamientos (52). Sobre dicho casquillo (50) va fijado un primer embrague (54) que pinza uno de los discos (55) y con ello une el movimiento de la polea (51.1, 51.2) con el del eje (48), así como un segundo embrague (56) unido a un eje extremo colineal (58) con el eje central (48), también montado sobre rodamientos (59), en cuyo extremo van montadas dos juntas cardan (60, 61) unidas entre sí por un eje desmontable (62) y fijadas en el extremo a una brida (64.1, 64.2) que va unida (64.1) al eje del generador principal (17) en un bloque (65.1) y unida (64.2) al eje del segundo generador (35) en el otro bloque (65.2). El segundo embrague (56) pinza el segundo disco de embrague (57) y con ello une su movimiento al eje central (48). La brida (64.1, 64.2) va fijada a la junta cardan (61) mediante un acoplamiento machihembrado de forma cónica (63) retenido mediante un pasador.

Las juntas cardan (60, 61) permiten que la posición del eje de los generadores (17, 35) esté en un cierto ángulo respecto al eje de la turbina (4) y del motor de combustión (37) a fin de adaptarse al espacio geométrico de la sala o túnel de servicio (32) si es necesario.

En uno de los bloques (65.1) la polea (51.1) es accionada por la correa movida por la turbina (4), mientras en el otro bloque (65.2) la polea (51.2) es accionada por la correa movida por el motor de combustión interna (37).

Embragando o desembragando el primer y segundo embrague (54, 56) de cada uno los dos bloques (65.1, 65.2), en función de la cantidad de viento, se consigue que la tanto la turbina (4) como el motor de combustión interna (37) muevan uno o los dos generadores (17, 35) a la vez, funcionando turbina (4) y motor (37) de forma independiente o conjunta.

En una realización preferente, a fin de evacuar los gases de escape de los motores de combustión interna (37), un conducto (68) recorre la sala o túnel de servicio (32) recogiendo dichos gases y evacuándolos al exterior a través de un catalizador (69) para minimizar la contaminación ambiental. Asimismo, un segundo conducto (66) recorre también dicha sala (32) conectando los colectores de admisión de los motores de combustión interna (37) con un único turbocompresor (67) común que aumenta la presión en la admisión mejorando la combustión, el arranque, revolucionando más los motores y ahorrando aceleración.

En otra realización preferente, pueden situarse varios colectores (8, 9) tanto en la torre de admisión (1) como en la de extracción (2), aumentando de esta forma el caudal de entrada de aire y pudiendo con ello emplearse turbinas de mayores dimensiones. El conjunto de colectores (8, 9) rota de forma conjunta estando engranados entre sí mediante un tornillo sinfín (43) engranado con las coronas dentadas (42) de cada colector y accionado por un único motorreductor (40).

Claims (28)

REIVINDICACIONES

1. Central de energía eólica canalizada y autopropulsada constituida por un conducto de admisión vertical (13), un conducto de extracción vertical (14) y un conducto horizontal (3) que conecta ambos conductos verticales, dentro del cual existen una o varias turbinas (4) situadas en serie caracterizada por que comprende, al menos, una torre de admisión (1) conectada con el conducto de admisión (13), por la que entra el aire a presión originado por el viento, y una torre de extracción (2) conectada al conducto de extracción (14) por donde sale al exterior dicho aire una vez ha pasado a través del conducto horizontal (3) y las turbinas (4), estando formada la torre de admisión (1) por una serie de plataformas horizontales (10) que conforman varios niveles y funcionan como deflectores, situándose dentro de dichas plataformas (10) uno o varios colectores cilíndricos de admisión (8) compuesto cada uno de ellos por varios segmentos concéntricos (22), estando situado cada segmento (22) en correspondencia de un nivel o plataforma (10), y estando los segmentos (22) de diámetro decreciente situados desde la parte inferior de la torre a la parte superior, existiendo transversalmente a cada segmento (22) de cada colector de admisión (8) una tobera de admisión (5) por donde penetra el aire en el interior de cada segmento (22), de forma que la corona circular (23) formada entre los distintos segmentos concéntricos realiza un estrechamiento de la sección de paso del aire, con lo que se produce un aumento de la velocidad del aire desde los niveles superiores a los inferiores del colector de admisión (8), a la vez que aumenta el caudal de aire que se une entrando por las toberas de admisión (5) en los diversos niveles.

2. Central de energía eólica canalizada y autopropulsada según la reivindicación 1 donde la torre de extracción (2) está también formada por una serie de plataformas horizontales (10) que conforman varios niveles y funcionan como deflectores, situándose dentro de dichas plataformas (10) uno o varios colectores cilíndricos de extracción (9) compuesto cada uno de ellos por varios segmentos concéntricos (26), estando situado cada segmento (26) en correspondencia de un nivel o plataforma (10), y estando los segmentos (26) de diámetro decreciente situados desde la parte inferior de la torre a la parte superior, existiendo transversalmente a cada segmento (26) una tobera de extracción (6) por donde sale el aire del interior de cada segmento (26) proveniente del conducto horizontal (3), de forma que la corona circular (27) formada entre los distintos segmentos concéntricos (26) realiza un estrechamiento de la sección de paso del aire, con lo que se produce un aumento de la velocidad del aire desde los niveles inferiores a los superiores de cada colector de extracción (9), aumentando el efecto de succión en dicho colector de extracción (9).

3. Central de energía eólica canalizada y autopropulsada según la reivindicación 2 donde existe transversalmente a cada segmento concéntrico de cada colector de extracción (9) una tobera de admisión secundaria (7) que se sitúa en la parte inferior de cada segmento (26), con la tobera de extracción en la parte superior de cada segmento (26), de forma que la presión de aire del viento exterior que entra por la tobera de admisión secundaria (7) favorece la salida de aire proveniente de la corriente interior a través de la tobera de extracción (6), aumentando el caudal de salida de aire al exterior.

4. Central de energía eólica canalizada y autopropulsada según la reivindicación 1 donde cada colector de admisión (8) puede rotar para alinear la entrada de las toberas de admisión (5) con la dirección del viento, determinada por una veleta (28) en la parte superior de la torre de admisión (1), estando accionada dicha rotación mediante un motorreductor eléctrico.

5. Central de energía eólica canalizada y autopropulsada según la reivindicación 3 donde cada colector de extracción (9) puede rotar para alinear la entrada de las toberas de admisión secundarias (7) con la dirección del viento, determinada por una veleta (28) en la parte superior de la torre de extracción (2), estando accionada dicha rotación mediante un motorreductor eléctrico.

6. Central de energía eólica canalizada y autopropulsada según las reivindicaciones 4 y 5 donde la veleta (28) marca la dirección del viento a través de un encoder, enviando la señal al motorreductor para que realice el posicionamiento.

7. Central de energía eólica canalizada y autopropulsada según las reivindicaciones 4 y 5 donde los motorreductores que producen la rotación de los colectores (8, 9), en caso de existir un único colector por torre, están formados por una corona dentada (42) en la base de cada colector (8, 9), engranada con un tornillo sinfín (41) unido al eje del motor eléctrico (40).

8. Central de energía eólica canalizada y autopropulsada según las reivindicaciones 4 y 5 donde los segmentos (22, 26) de los colectores (8, 9) están apoyados en las plataformas mediante rodamientos (24) a fin de permitir su rotación.

9. Central de energía eólica canalizada y autopropulsada según las reivindicaciones 1 y 2 donde las plataformas (10) se apoyan sobre columnas o pilares verticales (11).

10. Central de energía eólica canalizada y autopropulsada según la reivindicación 1 en la que las turbinas (4) están formadas por una corona de álabes fijos (15) y un rotor giratorio (16) con una serie de álabes (20), estando unido su eje a través de una transmisión mecánica con el eje de un generador eléctrico (17) que convierte la energía mecánica de rotación del rotor (16) producida por el paso de la corriente de aire en energía eléctrica donde el rotor (16) incorpora una corona cilíndrica periférica (46) en el extremo de los álabes, montando por fuera de dicha corona (46) en el extremo periférico de cada álabe (20) una pequeña tobera en forma de L (29). a fin de aumentar ulteriormente la velocidad del flujo de aire.

11. Central de energía eólica canalizada y autopropulsada según las reivindicaciones 1 y 2 donde, si existen varios colectores (8, 9), ya sea en la torre de admisión (1) o en la de extracción (2), el conjunto de colectores (8, 9) en cada torre rota de forma conjunta estando engranados entre sí mediante un tornillo sinfín (43) engranado con las coronas dentadas (42) de cada colector y accionado por un único motorreductor (40).

12. Central de energía eólica canalizada y autopropulsada según la reivindicación 1 donde a la entrada de las turbinas (4) en el conducto horizontal (3) puede situarse una tobera (18) o estrechamiento que produce una ulterior aceleración del flujo de aire, situándose a la entrada de dicha tobera (18) una compuerta (12) que cierra la aspiración de aire proveniente de la torre de admisión (12) en caso de una presión de viento excesiva que pueda dañar las turbinas (4).

13. Central de energía eólica canalizada y autopropulsada según la reivindicación 12 donde la compuerta (12) está formada por dos puertas batientes (44) que rotan cada una sobre un eje (45) situado en el centro del conducto (3) y perpendicular el eje de éste, cerrando el paso totalmente cuando son perpendiculares a dicho eje del conducto y abriéndolo totalmente cuando están en posición paralela también a dicho eje, pudiendo también situarse en una posición intermedia o semiabierta, produciendo una ulterior aceleración del flujo de aire en el conducto (3).

14. Central de energía eólica canalizada y autopropulsada según la reivindicación 1 donde los generadores (17) están ubicados en una sala o túnel de servicio (32) paralelo al conducto horizontal (3) y unido a éste a través de unas aberturas transversales (39), así como con el exterior a través de una o varias aberturas de acceso (31).

15. Central de energía eólica canalizada y autopropulsada según las reivindicaciones 11 y 14 donde la transmisión mecánica está formada por una correa (34) que une dos poleas, una polea (33) en el eje de la turbina y otra polea (51.1) en el eje del generador (17), teniendo una relación de transmisión tal que multiplica la velocidad de rotación del rotor (16) de la turbina (4).

16. Central de energía eólica canalizada y autopropulsada según la reivindicación 1 donde, a fin de asegurar un suministro continuo de energía proveniente de los generadores (17) en caso de una baja presión del viento, la central está dotada de un sistema auxiliar compuesto por una serie de ventiladores o impulsores (19) que introducen una corriente de aire en el conducto horizontal a la entrada de la serie de turbinas (4), así como por una serie de extractores (47) que extraen dicha corriente aire a la salida de la serie de turbinas (4).

17. Central de energía eólica canalizada y autopropulsada según la reivindicación 16 donde los impulsores (19) y extractores (47) están ubicados en estancias adyacentes (30) al conducto horizontal (3) y abiertas hacia el exterior por su parte superior por donde los impulsores (19) pueden aspirar el aire exterior y los extractores (47) expulsar el aire interior, estando dotadas de una cubierta de protección (38).

18. Central de energía eólica canalizada y autopropulsada según la reivindicación 16 donde dichos impulsores (19) y extractores (47) están accionados por energía eléctrica proveniente de baterías que pueden cargarse en una realización preferente mediante energía fotovoltaica, estando situadas las placas solares en la parte superior de las torres (1, 2).

19. Central de energía eólica canalizada y autopropulsada según la reivindicación 10 donde existe un segundo generador (35) por turbina (4) acoplado a un motor de combustión interna (37), que puede mantener la producción de energía eléctrica en caso de que las turbinas (4) no la proporcionen.

20. Central de energía eólica canalizada y autopropulsada según la reivindicación 19 donde el motor de combustión interna (37) está acoplado al segundo generador (35) mediante una polea (44) que mueve una correa (45) que a su vez acciona una polea (51.2) en el eje del generador.

21. Central de energía eólica canalizada y autopropulsada según la reivindicación 19 donde cada segundo generador (35) está también acoplado a la turbina (4) correspondiente a través de un embrague múltiple electrónico (36), de forma que el motor de combustión interna (37) puede trabajar en combinación con dicha turbina (4) en caso de un nivel bajo de viento, regulándose la aportación de cada uno mediante un sensor de intensidad o amperaje de la energía eléctrica producida, pudiendo también actuar dichos segundos generadores (35) como generadores principales.

22. Central de energía eólica canalizada y autopropulsada según las reivindicaciones 20 y 21 donde el embrague múltiple electrónico (36) tiene una estructura simétrica y está formado por un eje central (48) con dos extremos estriados (49) en cada uno de los cuales va montado un bloque de embrague similar (65.1, 65.

2), estando montados en cada uno de los bloques (65.1, 65. 2) dos discos de embrague (55, 57) sobre el extremo estriado del eje (49) y una polea (51.1, 51,2) va montada solidariamente sobre un casquillo cilíndrico (50) por cuyo interior pasa el eje central (48) y puede girar gracias a unos rodamientos (52), estando sobre dicho casquillo (50) fijado un primer embrague (54) que pinza uno de los discos (55) y con ello une el movimiento de la polea (51.1, 51.2) con el del eje (48), así como un segundo embrague (56) unido a un eje extremo colineal (58) con el eje central (48), también montado sobre rodamientos (59), que pinza el segundo disco de embrague (57) y con ello une su movimiento al eje central (48), siendo la polea (51.1) en uno de los bloques (65.1) accionada por la correa movida por la turbina (4), y en el otro bloque (65.2) la polea (51.2) accionada por la correa movida por el motor de combustión interna (37).

23. Central de energía eólica canalizada y autopropulsada según la reivindicación 22 donde en el extremo del eje colineal (58) van montadas dos juntas cardan (60, 61) unidas entre sí por un eje desmontable (62) y fijadas en el extremo a una brida (64.1, 64.2) que va unida (64.1) al eje del generador principal (17) en un bloque (65.1) y unida (64.2) al eje del segundo generador (35) en el otro bloque (65.2), permitiendo dichas juntas cardan (60, 61) que la posición del eje de los generadores (17, 35) esté en un cierto ángulo respecto al eje de la turbina (4) y del motor de combustión (37) a fin de adaptarse al espacio geométrico de la sala o túnel de servicio (32) si es necesario.

24. Central de energía eólica canalizada y autopropulsada según la reivindicación 23 donde la brida (64.1, 64.2) va fijada a la junta cardan (61) mediante un acoplamiento machihembrado de forma cónica (63) retenido mediante un pasador.

25. Central de energía eólica canalizada y autopropulsada según la reivindicación 22 donde embragando o desembragando el primer y segundo embrague (54, 56) de cada uno los dos bloques (65.1, 65.2), en función de la cantidad de viento, se consigue que la tanto la turbina (4) como el motor de combustión interna (37) muevan uno o los dos generadores (17, 35) a la vez, funcionando turbina (4) y motor (37) de forma independiente o conjunta.

26. Central de energía eólica canalizada y autopropulsada según las reivindicaciones 1 y 2 donde el sistema de conductos (3, 13, 14) y torres (1, 2) se sitúa sobre una elevación del terreno (21), de forma que los conductos (3, 13, 14) son subterráneos y las torres (1, 2) quedan en superficie, teniendo una altura que permite llegar a cotas con mayor presión de viento.

27. Central de energía eólica canalizada y autopropulsada según la reivindicación 19 donde, a fin de evacuar los gases de escape de los motores de combustión interna (37), un conducto (68) recorre la sala o túnel de servicio (32) recogiendo dichos gases y evacuándolos al exterior a través de un catalizador (69).

28. Central de energía eólica canalizada y autopropulsada según la reivindicación 19 donde un segundo conducto (66) recorre también dicha sala (32) conectando los colectores de admisión de los motores de combustión interna (37) con un único turbocompresor (67) común