ES2971841T3 - Turbina aeráulica de flujo pasante - Google Patents

Abstract

Turbina aeráulica (1) con paso de aguas arriba a aguas abajo, que comprende un rotor de jaula de ardilla (2) que incluye en su periferia una serie de palas (6) de perfil arqueado, un bastidor (3) sobre el que está montado de forma giratoria el rotor (2), y paredes guías de flujo que definen: - un sector primario de admisión del rotor (Xa), - un camino de propagación primario (Kp) diseñado para guiar, de aguas arriba a aguas abajo, un flujo primario Vp de el viento (V) se une a la turbina con el sector de admisión primario, para alimentarlo, - un sector de expulsión del rotor (Xf) que se abre a un espacio de descarga (E), - un sector de admisión auxiliar del rotor (Xb) que se extiende angularmente respecto al eje transversal AY entre el sector primario de admisión (Xa) y el sector de expulsión (Xf), - una pala (37) destinada a guiar, de aguas arriba a aguas abajo, un flujo auxiliar (Vk) del viento (V) hacia el sector auxiliar de toma (Xb) para alimentarlo, y - un camino de propagación secundario (Ks) diseñado para guiar, de aguas arriba a aguas abajo, un flujo secundario (Vs), evitando este camino de propagación secundario (Ks) el rotor para desembocar en el espacio de descarga (E), en las proximidades del sector de eyección (Xf). (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)

Description

DESCRIPCIÓN

Turbina aeráulica de flujo pasante

Campo técnico

La presente invención se refiere al campo de los aerogeneradores que aprovechan la energía cinética del viento para transformarla en energía eléctrica, y más particularmente a una turbina aeráulica.

Estado de la técnica anterior

Existen numerosos dispositivos que permiten captar la energía cinética del viento para transformarla en energía mecánica, pero los fabricantes han acabado adoptando principalmente la turbina con rotor de eje horizontal dotado de tres palas para equipar turbinas eólicas destinadas a la producción de electricidad a una gran escala. Este predominio se explica porque este tipo de turbina tiene intrínsecamente la mejor eficacia de funcionamiento, también llamada coeficiente de potencia.

Este tipo de turbina, descendiente directa de los molinos de viento, se ha beneficiado en gran medida de los avances en el campo aeronáutico para alcanzar cierta madurez técnica y precios de producción razonables, sustituyendo sus palas inicialmente hechas de velas, por elementos que recuerdan a las alas de los aviones.

Las turbinas eólicas provistas de estas turbinas de rotor de tres palas de eje horizontal montadas sobre mástiles se encuentran exclusivamente en entornos rurales o marinos, caracterizados por vientos predominantes estables, ya que las ciudades son zonas marcadas por obstáculos y corredores de viento que provocan turbulencias y ráfagas que penalizan su fiabilidad y reducen su eficacia.

Sin embargo, la implantación de estas turbinas eólicas lejos de ciudades consumidoras de electricidad requiere por tanto su transporte, fuente de pérdidas de energía y la creación de redes densas y costosas. Una aplicación de turbinas de tres palas en el ámbito urbano implicaría entonces colocarlas en mástiles que se elevan a alturas muy superiores a las de los edificios, pero esto constituiría un riesgo para la población, además del ruido y las molestias visuales que conllevan.

Recientemente se han propuesto pequeñas turbinas eólicas para uso urbano fijadas en tejados, y cuya eficacia de turbina es menos sensible a las variaciones de la velocidad del viento. En este sentido, no hay necesidad de colocarlas a una altura tan alta como las turbinas eólicas industriales de tres palas de eje horizontal. Existen principalmente dos tipos de configuraciones de turbina destinadas a turbinas eólicas de tejado:

- la turbina denominada “de Savonius”, cuyo funcionamiento se basa en la resistencia diferencial, que comprende un rotor con dos semicilindros ligeramente desalineados, o

- la turbina de rotor tipo “rueda de álabes” que utiliza el principio de funcionamiento del molino de agua.

Sin embargo, incluso si estas máquinas están más adaptadas al entorno urbano, las mismas presentan generalmente una eficacia de funcionamiento significativamente menor que la de las turbinas de rotor de tres palas de eje horizontal, lo que hace que el retorno de la inversión sea incierto dados los costes de instalación y de mantenimiento inducidos.

El objetivo de la invención es remediar este inconveniente proponiendo una turbina cuyo funcionamiento permita recuperar energía suficiente para justificar su integración en el paisaje urbano. Un ejemplo de la técnica anterior se divulga en el documento US2005/201855A1.

Descripción de la invención

Para ello, la invención tiene por objeto una turbina aeráulica de flujo continuo, según la reivindicación 1.

Con esta solución, el rotor es alimentado por una cantidad de viento a nivel de un sector cuya exposición frontal sería contraproducente. Esto da como resultado una mejor eficacia de funcionamiento a través de un aumento en el flujo de aire que llega al rotor 2. En particular, la toma de aire es poco generadora de pérdida de presión debido a su morfología, que se extiende desde aguas arriba a aguas abajo hacia el rotor 2.

La invención se refiere del mismo modo a una turbina aeráulica definida de este modo, en la que:

- la toma de aire está delimitada por la primera pared deflectora y una segunda pared deflectora que se extiende aguas abajo de la primera pared deflectora alejándose de la pared de soporte de aguas arriba a aguas abajo desde un extremo aguas arriba hasta un extremo aguas abajo situado en la periferia del rotor;

- el canal de amplificación convergente está delimitado por una base montada rígidamente en el bastidor o fijada a la pared de soporte, y por una pared de cierre que extiende hacia aguas abajo el extremo aguas arriba de la segunda pared deflectora,

en el que la base se extiende a cierta distancia de la pared de cierre, formando un saliente dirigido hacia esta pared de cierre.

La invención se refiere del mismo modo a una turbina aeráulica definida de este modo, en la que:

- el borde aguas arriba de la pared de concentrador y el extremo aguas arriba de la primera pared deflectora delimitan conjuntamente aguas arriba de la turbina un campo de admisión primario que se extiende longitudinalmente alineado con la trayectoria de propagación primaria;

- el extremo aguas arriba de la primera pared deflectora y la pared de soporte delimitan conjuntamente aguas arriba de la turbina un campo de admisión secundario que se extiende longitudinalmente alineado con la trayectoria de propagación secundaria;

- una pared de desviación, de la pluralidad de paredes de guiado, se superpone a los campos de admisión primario y secundario extendiéndose desde aguas arriba a aguas abajo acercándose a la pared de soporte, de manera que puede tomar un flujo de desviación del viento que circula en el campo de admisión primario y guiarlo hacia la trayectoria de propagación secundaria, el flujo primario que corresponde a la cantidad de viento que se extiende hacia el campo de admisión primario y que se aleja del flujo de desviación que discurre a lo largo de la pared de desviación, mientras que el flujo secundario corresponde a la cantidad de viento que se extiende hacia el campo de admisión secundario enriquecido con el flujo de desviación.

La invención se refiere del mismo modo a una turbina aeráulica definida de este modo, que comprende una pared de separación, de la pluralidad de paredes de guiado, que se extiende a lo largo de la toma de aire, entre la primera y segunda paredes deflectoras, para delimitar un primer pasaje y un segundo pasaje de toma de aire, cada uno provisto para guiar una parte respectiva del flujo auxiliar hacia la parte cóncava de las palas al nivel del sector de admisión del rotor auxiliar, el primer paso que está delimitado por la primera pared deflectora y la pared de separación, y el segundo paso que está delimitado por esta pared de separación y la segunda pared deflectora.

La invención se refiere del mismo modo a una turbina aeráulica definida de este modo, en la que:

- la pared de separación sobresale de la toma de aire dentro de la trayectoria de propagación secundaria pasando a través de la abertura de muestreo;

- la pared de desviación se extiende dentro de la trayectoria de propagación secundaria entre la primera pared deflectora y la pared de separación de manera que el flujo de desviación sea guiado hacia el primer canal de toma de aire para enriquecer la parte correspondiente del flujo auxiliar.

La invención se refiere del mismo modo a una turbina aeráulica definida de este modo, que comprende una pared de distribución, de la pluralidad de paredes de guiado, que se extiende desde aguas arriba a aguas abajo dentro de la trayectoria de propagación primaria acercándose a la pared de concentrador para dividir el flujo primario en dos chorros cada uno orientado hacia la parte cóncava de las palas del rotor a la altura del sector de admisión primario.

La invención se refiere del mismo modo a una turbina aeráulica definida de este modo, en la que las palas son lamas delgadas que presentan una estructura idéntica en forma de una porción de superficie cilíndrica, en número de catorce a veintiséis, y preferiblemente en número de veinte.

La invención se refiere del mismo modo a una turbina aeráulica definida de este modo, en la que cada pala presenta un radio de curvatura de un valor comprendido entre 0,05 y 0,3 veces el diámetro del rotor, y con preferencia igual a 0,146 veces el diámetro del rotor.

La invención se refiere del mismo modo a una turbina aeráulica definida de este modo, que comprende un miembro de estator alojado integralmente en el rotor y montado de manera móvil en el bastidor para poder moverse entre una posición abierta en la que permite el paso del flujo de aire a través del rotor y una posición cerrada en la que condena el paso del aire a través del rotor.

La invención se refiere del mismo modo a una turbina aeráulica definida de este modo, en la que el elemento de estator comprende dos módulos de guiado diametralmente enfrentados entre sí con respecto al eje de rotación del rotor, cada módulo de guiado que está delimitado por una superficie de guiado externa y una superficie de guiado interna, con

cada superficie de guiado externa que está orientada hacia el exterior del rotor y una de sus superficies de guiado externas que se prolonga en la extensión del sector de admisión primario en la posición cerrada del miembro de estator, y

las superficies de guiado internas de los dos módulos que delimitan conjuntamente un corredor dentro del rotor, este corredor que se 'prolonga en la extensión del sector de admisión primario en la posición abierta del miembro de estator.

La invención se refiere del mismo modo a un aerogenerador de electricidad que comprende una turbina aeráulica definida de este modo, y un convertidor del par de giro del rotor en energía eléctrica.

Breve descripción de los dibujos

- La figura 1 es una vista en perspectiva de una turbina según un primer modo de realización de la invención;

- La figura 2 es una vista según un plano de sección transversal de una turbina según el primer modo de realización de la invención;

- La figura 3 es una vista en perspectiva de una turbina según la invención que comprende un miembro de guiado de aire según la invención;

- La figura 4 es una vista según un plano de sección transversal de una turbina según el primer modo de realización que comprende un miembro de guiado de aire en un estado abierto según la invención;

- La figura 5 es una vista según un plano de sección transversal de una turbina según el primer modo de realización que comprende un miembro de guiado de aire en un estado cerrado según la invención;

- La figura 6 es una vista según un plano de sección transversal de una turbina según un segundo modo de realización de la invención.

Descripción detallada de modos de realización particulares

A continuación, se describirá una turbina según un primer modo de realización de la invención con referencia a las figuras 1 a 5 adjuntas, y una turbina según un segundo modo de realización con referencia a la figura 6.

La turbina, marcada con 1 en la figura 1, incluye un rotor 2 montado en rotación sobre un bastidor 3. El rotor 2 rota alrededor de un eje AY transversal que se extiende perpendicular a una denominada dirección AX longitudinal, diseñada para coincidir con una dirección global del viento, representada por la flecha V, que se extiende longitudinalmente de aguas arriba AM a aguas abajo AV hacia la turbina 1.

El rotor 2 presenta una estructura general de “jaula de ardilla” al comprender dos pestañas 4 transversales en forma de disco o corona como en el ejemplo de la figura 1. Las pestañas 4 transversales están delimitadas cada una por un círculo 4b exterior y, en el caso de una forma de corona, por un círculo 4a interior. Están dispuestas transversalmente enfrentadas entre sí, estando conectadas entre sí por palas 6. Las palas 6, en número de catorce a veintiséis y preferiblemente veinte, están curvadas y separadas de manera regular circunferencialmente. Estas palas 6 son en este caso lamas delgadas que presentan una estructura idéntica en forma de una porción de superficie cilíndrica. Éstas se extienden en la dirección AY transversal, formando sus extremos opuestos zonas de unión a las pestañas 4 transversales, mediante conexión de tipo empotramiento. Cada pala 6 comprende una superficie convexa y una superficie cóncava que presenta, según un plano de corte normal a la dirección AY transversal, un perfil arqueado que se extiende desde un borde 7 interior y un borde 8 exterior.

Como se puede ver en detalle en la figura 2, todos los bordes 7 interiores sucesivamente conectados de la pala delimitan un contorno circular del recinto 9 interno del rotor, y todos los bordes 8 exteriores sucesivamente conectados delimitan un contorno 11 circular periférico del rotor. Preferiblemente, los salientes según AY de los bordes 7 y 8 interior y exterior de la pala coinciden respectivamente con el círculo interior y el círculo exterior de las pestañas 4 transversales. En otras palabras, las pestañas 4 y las palas 6 están dimensionadas de manera que los bordes 7 interiores de la pala estén situados en el círculo 4a interior de la pestaña, y de la misma forma para que los bordes 8 exteriores estén situados en el círculo 4b exterior de la pestaña.

Las palas se han descrito como lamas delgadas de espesor constante, pero del mismo modo se pueden contemplar palas con un perfil de ala aerodinámico, en otras palabras, de espesor progresivo, u otros perfiles.

El bastidor 3 se presenta en forma de dos paneles 12 dispuestos ortogonalmente a la dirección AY transversal al estar unidos rígidamente entre sí mediante un bastidor 13. Estos paneles 12 tienen un componente que sigue la dirección longitudinal y un componente que sigue la denominada dirección de extensión denominada AZ, perpendicular tanto a la dirección AX longitudinal como a la dirección AY transversal. Los paneles 12 se extienden a ambos lados del rotor 2, cada uno de ellos frente a una pestaña 4, para soportar el rotor 2 en rotación. Cada pestaña 4 está unida en rotación a un disco 16 que se extiende en general en el mismo plano y a cuyo nivel sobresale transversalmente un semibuje 17. Cada semibuje 17 está centrado sobre el eje de rotación del rotor y pasa a través del panel 12 enfrentado al mismo.

La turbina 1 está destinada en particular a instalarse en una pared 14 de soporte, por ejemplo un tejado plano o incluso una pared vertical de un edificio, con la dirección AZ de alcance orientada normal a la pared de soporte y el eje del rotor paralelo a la pared de soporte. Se entiende en este caso que el rotor de la turbina 1 puede orientarse horizontal o verticalmente con respecto al suelo, según la configuración elegida.

En el ejemplo de la figura 1, la turbina está montada sobre ruedas proporcionadas en los extremos de los paneles 12, para simplificar su instalación y cambiar fácilmente su orientación longitudinal para que corresponda a la del viento. Las ruedas podrían sustituirse por un eje pivotante según AZ, asociado a una deriva portada por el bastidor para que la turbina 1 se alinee con la dirección del viento V.

Con esta disposición del rotor 2 en jaula de ardilla y al rotar alrededor de un eje perpendicular a la dirección del viento, la turbina 1 según la invención funciona "con flujo pasante". Este régimen, en el que se basa en particular un tipo de turbina hidráulica comúnmente denominada "turbina Banki", cubre un amplio espectro de caudales, lo que hace su aplicación en el ámbito de la aeráulica urbana, marcado por cambios momentáneos de la velocidad del viento, especialmente interesante.

En el contexto de la invención, este régimen conlleva un primer y un segundo paso del viento a través de las palas 6 del rotor 2. Cuando el viento, que se propaga hacia la turbina desde aguas arriba AM, encuentra la parte cóncava de las palas 6 que están directamente expuestas, las empuja haciendo rotar el rotor 2. En el ejemplo de las figuras, el sentido de rotación del rotor está fijado en el sentido contrario a las agujas del reloj. Durante el primer paso, el viento se desliza a lo largo del perfil arqueado de las palas que empuja, desde el borde 8 exterior al borde 7 interior hasta entrar rápidamente en el recinto interior del rotor. En esta fase, el aire, todavía cargado de energía cinética, ataca de nuevo las palas 6 desde aguas arriba AM a aguas abajo AV, desde el recinto interior hacia el exterior del rotor 2, para ejercer un empuje adicional. Durante este segundo paso, el aire se desliza sobre las palas 6 desde su borde 7 interior hacia su borde 8 exterior.

Cabe señalar que el montaje del rotor 2 en el bastidor mediante semibujes 17 que se extienden cada uno fuera del recinto interno del rotor proporciona una ganancia de rendimiento en comparación con el uso de un buje continuo que constituiría una fuente de perturbaciones de flujo de aire que pasa a través del recinto interno.

Cada pala 6 está dimensionada para presentar un radio de curvatura de un valor de 0,05 a 0,3 veces el diámetro del contorno 11 periférico, denominado D en la figura 2. Con preferencia, el radio de curvatura de las palas presenta un valor correspondiente a 0,146 veces este diámetro D. Además, la extensión de cada pala se define de modo que el contorno del recinto interno 9 del rotor presente un diámetro, denominado d, entre 0,5 y 0,9 veces el diámetro D del contorno 11 periférico, y que vale con preferencia dos tercios de este diámetro D. Además, cada pala 6 está ventajosamente orientada de manera que la tangente a su borde 7 interior forme con la tangente al contorno del recinto 9 interior, al nivel de su intersección, un ángulo denominado 01 comprendido entre 70° y 110°, y que vale con preferencia 90°. En particular, las tangentes a las palas que pasan a través del borde 8 exterior y el borde 7 interior forman conjuntamente un ángulo denominado 02 comprendido entre 60° y 100°, y que vale con preferencia 89°.

El rotor 2 se puede dividir en una mitad periférica aguas arriba y una mitad periférica aguas abajo, separadas entre sí por una línea M mediana, o un plano mediano en perspectiva, orientado según la dirección AZ de alcance que pasa por el eje de rotación. La mitad periférica aguas arriba constituye la mayor superficie del rotor que puede estar expuesta directamente al viento de orientación constante V. En la práctica, las palas 6 situadas al nivel de la parte periférica aguas arriba no están todas orientadas para exponer su parte cóncava al viento, haciendo que el paso de aire en un sector de esta parte periférica aguas arriba sea incapaz de mover el rotor 2 en la dirección deseada.

Para aumentar la eficacia de funcionamiento, la invención tiene como objetivo garantizar que la mayor cantidad de viento que llega al rotor 2 sea útil para su rotación.

A este respecto, una particularidad de la invención reside en la implantación de un deflector 18. Según el primer modo de realización de la turbina, este deflector 18 es un elemento volumétrico de forma prismática fijado al bastidor 3. Está situado en la periferia del rotor 2 y delimitado por una pared 19 deflectora, una pared 21 de retención, una pared 22 de cierre y dos paredes 23 transversales que conectan entre sí estas paredes deflectora, de retención y de cierre.

La pared 19 deflectora se separa según AZ de la pared 14 de soporte desde aguas arriba a aguas abajo, extendiéndose desde un extremo 24 aguas arriba, situado aguas arriba del rotor 2 según AX y situado entre el eje de rotación del rotor y la pared 14 de soporte según AZ, hasta un extremo 26 de admisión situado tanto en la periferia del rotor 2 como aguas abajo del extremo aguas arriba 24 según AX. La extensión de esta pared 19 deflectora según la dirección AZ de alcance está definida de manera que forma una barrera que impide que el viento V de orientación alcance el sector de la mitad periférica aguas arriba, correspondiente a su proyección a lo largo de AX, cuyas palas 6 exponen su parte convexa frontalmente.

Además, la pared 19 deflectora forma una rampa que se aleja de la pared 14 de soporte para redirigir las líneas de corriente del viento V de orientación que se encuentran aguas arriba del rotor 2, formando conjuntamente un flujo denominado Vd en la figura 2, hacia la parte cóncava de las palas 6 situadas en la prolongación del extremo 26 de admisión y por tanto mover las mismas. Más concretamente, una división del viento V de orientación comienza en el extremo 24 aguas arriba de la pared 19 deflectora. El resultado de esta división forma, por un lado, el flujo Vd que discurre a lo largo de la pared 19 deflectora para alimentar el rotor y, por otro lado, un flujo denominado Vs, que contornea la pared 19 deflectora a lo largo de la pared 22 de cierre.

La turbina 1 aprovecha por tanto la cantidad de viento Vd que, sin dicha pared 19 deflectora, constituiría una fuente de reducción de los rendimientos hasta el punto de que las palas serían presionadas en el sentido inverso a la rotación del rotor 2.

La pared 21 de retención prolonga la pared 19 deflectora a lo largo del contorno 11 periférico aguas abajo, en la dirección contrarrotativa del rotor 2, desde el extremo 26 de admisión hacia un extremo 27 aguas abajo. Esta pared 21 de retención canaliza el aire hacia el recinto del rotor, en otras palabras, después de su primer paso a través de las palas 6, para evitar que vuelva a fluir hacia aguas arriba AM durante su segundo paso a través de las palas. A este respecto, la pared 21 de retención está dispuesta ventajosamente lo más cerca posible del rotor 2 para limitar cualquier flujo de fuga existente entre éste y el borde 8 exterior de las palas, sin obstaculizar la rotación del rotor 2.

Finalmente, la pared 22 de cierre, que se extiende desde el extremo 24 aguas arriba hasta el extremo 27 aguas abajo, conecta las paredes 19 y 21 deflectoras y de retención, extendiéndose a una distancia de la siguiente pared 14 de soporte según AZ.

Ventajosamente, el dimensionamiento del deflector 18 se define a continuación, en coordenadas cilindricas, con una componente denominada radial y una componente denominada angular. En general, la coordenada radial de un elemento considerado se define como su distancia con el eje de rotación del rotor. La coordenada angular se define, en cuanto a la misma, como el ángulo formado, según una lectura en el sentido de rotación del rotor, entre la línea que pasa por el eje de rotación del rotor que intersecta este elemento y la línea longitudinal que pasa por el eje de rotación del rotor.

El extremo 26 de admisión tiene una coordenada radial, denominada L1, comprendida entre 0,5 y 0,6 veces el diámetro D del contorno 11 periférico, con preferencia 0,515 veces el diámetro D; y una coordenada angular, denominada a l, comprendida entre -20° y 20° y con preferencia igual a -5,3°. En particular, la tangente a la pared 19 deflectora, que hace contacto con ella al nivel del extremo 26 de admisión, forma junto con la dirección AX longitudinal un ángulo, marcado por a4, comprendido entre -45° y -100°, y que vale con preferencia -84,3 °.

En lo que se refiere al extremo 24 aguas arriba, su coordenada radial, denominada L2, está comprendida entre 0,9 y 1,5 veces el diámetro D del contorno 11 periférico, y vale con preferencia 1,2 veces el diámetro D. Adicionalmente, su coordenada angular, denominada a2, está comprendida entre -20° y -60°, y vale con preferencia -23,9°.

Finalmente, el extremo 27 aguas abajo presenta una coordenada radial, denominada L3, comprendida entre 0,5 y 0,75 veces el diámetro D del contorno 11 periférico, que vale con preferencia 0,550 veces el diámetro D; y una coordenada angular, denominada a3, comprendida entre -45° y -100° y que vale con preferencia -87,1°.

La invención tiene como objetivo aumentar la eficacia de funcionamiento también mediante un aumento del flujo de aire que pasa a través del rotor 2.

A tal efecto, una particularidad de la invención reside en la implantación de un concentrador que comprende una pared 28 de concentrador que se presenta en forma de placa, preferentemente curvada, que está fijada rígidamente al bastidor 3.

Al contrario que la pared 19 deflectora del deflector 18, que tiene como objetivo cubrir un sector del rotor de la mitad periférica aguas arriba con las palas exponiendo su lado convexo y cuya exposición frontal al viento V de orientación sería por tanto contraproducente, la pared 28 de concentrador forma una extensión radial fija del rotor 2 destinada a ampliar el campo de recogida de este último. Esta pared 28 de concentrador está prevista para prolongar radialmente la mitad periférica aguas arriba del rotor 2.

En el ejemplo de las figuras 1 y 2, la pared 28 de concentrador se extiende desde un borde 29 aguas arriba situado a una distancia del rotor 2 según la dirección AZ de alcance, hacia un borde 31 aguas abajo situado tanto en la periferia del rotor 2 como aguas abajo del borde 29 aguas arriba según la dirección AX longitudinal. Este borde 31 aguas abajo está en general separado diametralmente del extremo 27 aguas abajo del deflector 18 con respecto al rotor 2.

Más concretamente, la pared 28 de concentrador tiende a reducir un flujo Vc que corresponde a una cantidad de viento V de orientación que se desarrolla aguas arriba en un corredor Xr de viento que no está situado en la alineación axial del rotor, hacia la parte cóncava de las palas 6 situada en la prolongación del borde 31 aguas abajo. Este corredor Xr está delimitado según la dirección AZ de alcance entre el borde 29 aguas arriba y la tangente al rotor que se extiende longitudinalmente y en las proximidades del borde 31 aguas abajo. Más concretamente, se produce una división del viento al nivel del borde 29 aguas arriba de la pared 28 de concentrador, entre el flujo Vc que discurre a lo largo de la pared 28 de concentrador hasta el rotor 2 para alimentarlo, y un flujo Va que se propaga más allá del corredor Xr según AZ.

En el ejemplo de las figuras, la pared 28 de concentrador está curvada de manera que presenta una forma cóncava vista por el flujo Vc, pero se puede conservar otra forma siempre que el aire se dirija hacia la parte cóncava de las palas para moverlas en el sentido de rotación deseado.

Cabe señalar que el borde 31 aguas abajo se extiende lo más cerca posible del contorno 11 periférico del rotor para limitar cualquier flujo de fuga existente en su interfaz, sin impedir la rotación del rotor 2. De hecho, dicho caudal de fuga corresponde a una parte del flujo Vc que no llega al rotor 2 y que, por tanto, no genera ningún par de giro.

El dimensionamiento del concentrador 28 también se define en relación con las dimensiones del rotor 2 y a través del uso de coordenadas cilíndricas.

Según la invención, la coordenada radial del borde 29 aguas arriba, denominada K1, está comprendida entre 0,6 y 1,5 veces el diámetro D, y con preferencia vale 0,747 veces el diámetro D. Su coordenada angular, denominada p1, está comprendida entre 30° y 120 °, con un valor preferencial de 63,6°.

El borde 31 aguas abajo presenta, en lo que se refiere al mismo, una coordenada radial, denominada K2, comprendida entre 0,5 y 0,75 veces el diámetro D, con preferencia que vale 0,501 veces el diámetro D; y una coordenada angular, denominada p2, comprendida entre 90° y 120°, que vale con preferencia 108°. En particular, más allá de un valor de ángulo de 90°, se entiende que el concentrador 28 aumenta del mismo modo radialmente la exposición del rotor 2 desviando el viento V de orientación para que lo encuentre al nivel de su mitad periférica aguas abajo.

Concretamente, la pared 19 deflectora y la pared 28 de concentrador delimitan conjuntamente una trayectoria Kp de propagación primaria del viento. Esta trayectoria Kp de propagación primaria guía desde aguas arriba AM a aguas abajo AV un flujo Vp primario que se encuentra con la turbina 1 hasta un sector periférico de rotor de admisión, indicado como Xa, que está delimitado a lo largo de la dirección de alcance por el extremo 26 de admisión del deflector y el borde 31 aguas abajo de la pared 28 de concentrador. Este flujo Vp primario designa una componente del viento V de orientación que circula desde aguas arriba a aguas abajo hacia la turbina 1 en un llamado campo Xp de admisión primario que se extiende longitudinalmente en alineación de la trayectoria Kp de propagación primaria, estando definido entre el extremo 24 aguas arriba de la pared 19 deflectora y el borde 29 aguas arriba de la pared de concentrador. Más concretamente, el flujo Vp primario está formado por todas las líneas de corriente del viento V de orientación inscritas en el campo Xp de admisión primario, incluyendo por tanto las líneas de corriente de las cantidades Vc y Vd procedentes de las divisiones de viento que parten al nivel del extremo aguas arriba de la pared deflectora y el borde aguas arriba de la pared de concentrador, respectivamente.

Dado que la pared 19 deflectora y la pared 28 de concentrador se acercan al rotor de aguas arriba a aguas abajo, en la práctica se asiste de aguas arriba a aguas abajo a una reducción de la sección de la trayectoria Kp de propagación primaria. Más precisamente, la sección de la trayectoria Kp de propagación primaria disminuye hasta el contorno periférico del rotor 2, al nivel del cual corresponde a un sector de admisión de aire primario, indicado como Xa, delimitado por el extremo 26 de admisión del deflector y el borde 31 aguas abajo del concentrador. Este sector Xa de admisión primario constituye un sector angular del rotor en el que se produce el primer paso del viento a través de las palas 6.

Esta reducción de sección induce un aumento de la velocidad del viento. Por tanto, el aire que llega al borde 8 exterior de las palas está más cargado de energía cinética que aguas arriba de la turbina 1, lo que contribuye a mejorar el rendimiento del rotor 2.

Sin embargo, esta reducción de sección induce también a la formación de zonas de sobrepresión a nivel del deflector 18 y del concentrador 28 que tienden a desviar el viento antes de su admisión en el rotor 2, en otras palabras a reducir el flujo de aire que lo atraviesa. Para limitar este efecto nocivo, un ángulo 8, formado entre la dirección AZ de alcance y una línea recta que pasa por el extremo 24 aguas arriba y el borde 29 aguas arriba, según la invención tiene un valor comprendido entre 30° y 60°, y con preferencia igual a 35°.

Como el entorno urbano está marcado por fluctuaciones momentáneas en la velocidad del viento, la invención tiene como objetivo limitar el impacto de las mismas en la eficacia de funcionamiento de la turbina. En otras palabras, se trata de hacer que la turbina sea más eficiente para un amplio rango de velocidades del viento.

A tal efecto, el deflector 18 y el concentrador 28 delimitan del mismo modo, entre el borde 31 aguas abajo y el extremo 27 aguas abajo, el sector del rotor asociado a la expulsión del aire, marcado por Xf. Este sector Xf de expulsión que constituye el sector angular de rotor a nivel del cual finaliza el segundo paso del viento a través de las palas 6, está por tanto directamente abierto en el espacio E de descarga al exterior de la turbina 1. En otras palabras, el flujo de aire que sale del rotor no está guiado por una superficie particular con una geometría fija para conferirle una orientación predefinida.

Una disposición de este tipo según la invención, con un rotor abierto hacia el exterior de la turbina al nivel del sector Xf de expulsión de aire, permite aumentar en general la eficacia en comparación con una arquitectura con rotor prolongado por una superficie de guiado de aire que mejoraría la eficacia para un viento de velocidad predefinida pero lo degradaría para velocidades diferentes. Del mismo modo cabe señalar que la ausencia de cualquier superficie de guiado que prolongue el sector Xf de expulsión del rotor 2 hacia aguas abajo induce costes de fabricación reducidos.

Además, una particularidad de la invención es aumentar la eficacia de la turbina 1 aumentando el potencial de restitución energética del aire en su segundo paso a través de las palas 6. Para ello, la turbina 1 define una trayectoria de propagación secundaria, marcada por Ks, que está separada de la trayectoria Kp de propagación primaria.

Esta trayectoria Ks de propagación secundaria se extiende entre la pared 14 de soporte y el deflector 18 que está situado a una distancia según AZ, es decir según la dirección de alcance, desde la pared 14 de soporte, y se extiende según la dirección AX longitudinal desde aguas arriba a aguas abajo, sin pasar por el rotor 2 hasta desembocar en el espacio E de descarga, en las proximidades del sector Xf de expulsión.

El mismo está alimentado por el flujo Vs, denominado en adelante flujo secundario, que contornea la pared 19 deflectora a lo largo de la pared 22 de cierre, lo que impide que el aire golpee la parte convexa de las palas a lo largo de su extensión. Este flujo Vs secundario corresponde a una componente del viento V de orientación que circula desde aguas arriba a aguas abajo hacia la turbina 1 en un campo llamado de admisión secundario Xs que se extiende longitudinalmente en la alineación de la trayectoria Ks de propagación secundaria. Este campo de admisión secundario Xs se extiende según la dirección AZ de alcance aguas arriba de la trayectoria Ks de propagación secundaria entre el extremo aguas arriba de la pared deflectora y la pared 14 de soporte.

En el ejemplo de la figura 2, esta trayectoria Ks de propagación secundaria está delimitada sucesivamente desde aguas arriba a aguas abajo por la pared 22 de cierre y la pared 14 de soporte, luego por la pared 22 de cierre y una base 33 que está montada rígidamente en el bastidor 3.

Esta base 33 se presenta bajo la forma de un saliente que comprende una pared 34 de base y una pared 36 abombada que se extiende a ambos lados de la pared 34 de base hacia el rotor 2 según la dirección AZ de alcance. En el ejemplo de la figura 2, la base 33 forma una base de turbina, con su pared 34 de base destinada a descansar directamente sobre la pared 14 de soporte.

En términos generales, la pared 36 abombada se puede dividir desde aguas arriba a aguas abajo en una parte 36a que se acerca al rotor 2 según AZ frente a la pared 22 de cierre del deflector, y una parte 36b que se aleja del rotor 2 longitudinalmente más allá del extremo 27 aguas abajo del deflector. Con esta disposición, la trayectoria Ks de propagación secundaria forma un canal de amplificación que converge a lo largo de la porción definida entre la parte 36a de la pared 36 abombada y la pared 22 de cierre del deflector según el eje AZ hasta desembocar en el espacio E de descarga.

Al entrar rápidamente en el canal 32 de amplificación, el flujo de aire sufre una aceleración debido al estrechamiento de la sección de paso que forma un convergente. A la salida del canal 32 de amplificación, el flujo de aire que ha pasado por la trayectoria Ks de propagación secundaria ya no es canalizado al desembocar en las proximidades de la sección Xf de expulsión. El resultado es la aparición de una zona de sobrepresión aguas arriba de este canal 32 de amplificación y de una zona de depresión aguas abajo, por efecto venturi. Esta zona de depresión genera entonces una succión del aire situado dentro del recinto interno del rotor hacia la sección Xf de expulsión, que tiende a devolver parte de la energía cinética que le fue extraída durante su primer paso a través de las palas 6. El aire que encuentra las palas 6 durante su segundo paso se vuelve así a enriquecer con energía cinética para generar un par de giro mayor.

En el ejemplo de la figura 2, la base 33 forma un pedestal de la turbina 1, con su pared 34 de base destinada a descansar directamente sobre la pared 14 de soporte, pero cabe señalar que una disposición en la que la base 33 se extiende según AZ entre el deflector 18 y la pared 14 de soporte, sobre la cual se pretende que descanse la turbina 1, se puede retener como se ilustra en la figura 1.

En el ejemplo ilustrado de las figuras 1 y 2, la naturaleza convergente de la trayectoria Ks de propagación secundaria, es decir al nivel del canal 32 de amplificación, está asegurada por la base 33 que se presenta bajo la forma de un saliente, mientras que la pared 22 de cierre se extiende paralelamente a la dirección AX longitudinal. Sin embargo, se puede prever por el contrario que la base 33 sea una placa plana y que la pared 22 de cierre del deflector 18 se extienda desde aguas arriba a aguas abajo hacia la base según el ejeAZ. También, cabe señalar que una disposición para la cual el canal 32 de amplificación está formado conjuntamente por el deflector 18 y la pared 14 de soporte que reemplaza la base 33, no se sale del alcance de la invención. Finalmente, la base 33 puede prolongarse hacia aguas arriba mediante una placa plana portada por el bastidor 3 para descansar a lo largo de su extensión sobre la pared 14 de soporte y por tanto delimitar la trayectoria Ks de propagación secundaria aguas arriba del canal de amplificación en lugar de la pared 14 de soporte. En otras palabras, la invención no se limita a que la trayectoria Ks de propagación secundaria esté definida conjuntamente por el deflector 18 y la pared 14 de soporte, sino que puede definirse integralmente mediante superficies de guiado de aire de la turbina 1.

La invención prevé enriquecer la turbina 1 con una toma de aire, marcada con 37 en la figura 2. Esta toma 37 de aire está formada en el deflector 18, acercándose al rotor 2 desde aguas arriba a aguas abajo desde una abertura 38 de muestreo de aire que está abierta a la trayectoria Ks de propagación secundaria al estar formada en la pared 22 de cierre y aguas arriba del canal 32 de amplificación, hasta a una abertura 39 de escape que desemboca al nivel de la pared 21 de retención. Esta abertura 39 de escape delimita un sector Xb de admisión auxiliar del rotor 2.

En concreto, esta toma 37 de aire está configurada para tomar un flujo denominado auxiliar Vk aguas arriba del canal 32 de amplificación, que forma parte del flujo Vs secundario, para transportarlo hacia la parte cóncava de las palas 6 situadas en la prolongación directa de la abertura 39 de escape, es decir a nivel del sector Xb de admisión auxiliar de rotor que está cubierto de viento V de orientación por la pared 19 deflectora. Como se entiende, el flujo que desemboca en el espacio de descarga al final de la carrera del canal 32 de amplificación convergente corresponde al flujo Vs secundario retirado del flujo Vk auxiliar.

En la práctica, el flujo Vk auxiliar es aspirado pasivamente hacia la toma de aire debido a la existencia de la zona de supresión aguas arriba del canal 32 de amplificación.

Entendiendo que el flujo Vk auxiliar es distinto del flujo Vp primario, se entiende que la toma 37 de aire forma una trayectoria independiente para el primer paso de aire en el rotor 2 con el fin de proporcionar un empuje complementario sobre las palas 6 al obtenido por el flujo Vp primario.

Una vez en el recinto interno del rotor, el flujo Vk auxiliar se mezcla con el flujo Vp primario que ha pasado a través del rotor en el sector Xa de admisión, para inflar el flujo de aire global durante el segundo paso a través de las palas y por tanto aumentar el par de giro generado, en comparación con una arquitectura que no dispone de toma 37 de aire.

En términos generales, la toma 37 de aire proporciona una mejor eficacia de funcionamiento a través de un aumento en el caudal que pasa a través del rotor 2, sin por tanto aumentar la exposición frontal del rotor 2, el sector Xb de rotor de admisión auxiliar que está cubierto del viento V de orientación por la pared 19 deflectora. Según la invención, la toma 37 de aire se extiende ventajosamente a lo largo de la extensión transversal del deflector 18, formando una ranura de sección rectangular.

Se ha descrito en esta fase que la toma 37 de aire extrae parte del flujo Vs secundario transportado dentro de la trayectoria Ks de propagación secundaria y lo guía hacia un sector Xb de rotor de admisión auxiliar que está situado al nivel de la pared 21 de retención, en otras palabras que está situado al nivel de la mitad periférica aguas arriba del rotor protegido del flujo Vp primario por la pared 19 deflectora. Sin embargo, la invención no se limita a esta disposición particular y se prevé de forma general una toma de aire conformada para recoger una parte del viento V de orientación que es distinta del flujo Vp primario ya que lo guía desde aguas arriba a aguas abajo hacia un sector Xb de admisión auxiliar situado en el nivel de la mitad periférica aguas arriba del rotor protegida del flujo Vp primario por la pared deflectora.

Otra particularidad de la invención reside en la posible integración de un miembro de estator, marcado con 41 en la figura 3, en el recinto interno del rotor.

Este miembro 41 de estator comprende dos módulos 42 de guiado dispuestos en general diametralmente opuestos entre sí con respecto al eje de rotación del rotor 2. Cada módulo 42 presenta una forma de almendra, es decir biconvexo, comprendiendo una superficie 42a de guiado externa, orientada hacia el exterior del rotor 2, y una superficie 42b de guiado interna que están unidas en un primer y un segundo extremo de este módulo. La superficie 42a de guiado externa de cada módulo sigue el contorno del recinto 9 interno, extendiéndose a una distancia cercana de los bordes 7 internos de la pala. En lo que se refiere a las superficies 42b de guiado internas enfrentadas entre sí, las mismas delimitan conjuntamente un corredor 43.

El miembro 41 de estator está montado fijamente en un disco, no visible, que está centrado en el eje de rotación del rotor y previsto para ser móvil en rotación alrededor de este eje, independientemente de la rotación del rotor 2 bajo la acción del viento. En particular, este miembro 41 de estator se puede mover entre una posición denominada abierta y una posición denominada cerrada.

La posición abierta del miembro 41 de estator, ilustrada en la figura 3, marca la posición por la cual se extiende el corredor 43 en la prolongación de los bordes 7 interiores de las palas situadas al nivel del sector Xa de admisión primario del rotor 2, y del mismo modo las palas situadas en la prolongación de la toma 37 de aire, es decir al nivel del sector Xb de admisión auxiliar, en el caso de una combinación de soluciones miembro de estator/ toma de aire. Por tanto, en esta posición abierta, el miembro 41 de estator permite a la turbina funcionar en flujo pasante. La trayectoria del viento se materializa por las líneas L1 y L2 de corriente que pasan a través del rotor 2 respectivamente a nivel del sector Xa de admisión primario y a nivel del sector Xb de admisión auxiliar.

En particular, el corredor 43, delimitado por las superficies 42b de guiado internas, canaliza el aire a la salida de su primer paso a través de las palas 6, para guiarlo en una dirección favorable contra la parte cóncava de las palas 6 situada al nivel de la sección Xf de expulsión para el segundo paso. En la práctica, esta canalización del aire impide del mismo modo el desarrollo de fenómenos turbillonarios en el interior del rotor 2, fenómenos turbillonarios que afectan a las líneas de corriente que, por lo tanto, no están orientadas hacia la parte cóncava de las palas durante el segundo paso y por lo tanto no contribuyen a proporcionar energía al rotor 2.

La posición cerrada del miembro 41 de estator, visible en la figura 4, marca la posición para la cual la superficie 42a de guiado externa de un módulo 42 está situada radialmente frente al sector Xa de admisión, y en la prolongación de la abertura 39 de escape en el caso en que la turbina incluye la toma 37 de aire. Con esta disposición, el miembro 41 de estator bloquea el paso del aire, marcado por las líneas L1 y L2 de corriente, en el recinto interno del rotor para hacer que la turbina 1 adopte un régimen de funcionamiento modelado según el principio de una rueda de álabes. Según este régimen de funcionamiento, el aire que atraviesa el contorno 11 periférico presiona las palas quedando atrapado al nivel de los espacios entre palas hasta alcanzar el sector Xf de expulsión en el que puede escapar libremente.

En la práctica, este régimen de funcionamiento conduce a velocidades de rotación reducidas del rotor 2 en comparación con las medidas en el caso del funcionamiento con flujo pasante. A este respecto, el movimiento del miembro 41 de estator se controla ventajosamente para mantenerlo en la posición de apertura siempre que el viento V de orientación tenga una velocidad inferior a un valor umbral, y en la posición de cierre para una velocidad del viento que supere este valor umbral. El valor umbral se define como la velocidad máxima admisible del viento para la cual la rotación del rotor no presenta riesgo para la integridad de la turbina o de los accesorios acoplados a ella, tal como un convertidor de par de giro del rotor en energía eléctrica, llamado también generador, cuando la turbina se utiliza para generar electricidad.

Concretamente, el miembro 41 de estator permite un rendimiento en su posición de apertura, que proporciona un mejor control del flujo de aire que pasa a través del rotor, y aporta un componente de seguridad en su posición de cierre.

El miembro 41 de estator se ha explicado en el caso en que comprende dos módulos 42, pero se pueden contemplar otras arquitecturas. A modo de ejemplo, se podría conservar una arquitectura de cuerpo de estator que incluya un único módulo 42 porque por sí solo permite bloquear el paso de aire en el recinto del rotor cuando está situado en la posición cerrada, y formar una superficie de guiado de aire en la posición abierta.

Con referencia a la figura 6, una turbina 1 según un segundo modo de realización comprende, de la misma manera que para el primer modo de realización, paredes de guiado de viento que definen:

- un sector Xa de rotor de admisión primario de viento,

- una trayectoria Kp de propagación primaria adaptada para guiar desde aguas arriba AM a aguas abajo AV un flujo Vp primario del viento V de orientación que llega a la turbina hasta el sector de admisión primario para alimentarlo, - un sector Xf de rotor de expulsión que está abierto a un espacio E de descarga,

- un sector Xb de rotor de admisión auxiliar que se extiende angularmente con respecto al eje AY transversal entre el sector Xa de admisión primario y el sector Xf de expulsión,

- una toma 37 de aire que está adaptada para guiar desde aguas arriba AM a aguas abajo AV un flujo Vk auxiliar del viento V hasta el sector Xb de admisión auxiliar para alimentarlo, y

- una trayectoria Ks de propagación secundaria adaptada para guiar un flujo Vs secundario desde aguas arriba a aguas abajo, esta trayectoria Ks de propagación secundaria que contornea el rotor para desembocar en el espacio E de descarga, en las proximidades del sector Xf de expulsión.

La turbina según el segundo modo de realización presenta un modo de funcionamiento idéntico a la turbina según el primer modo de realización, pero difiere estructuralmente debido a la arquitectura del deflector señalado con 51. El dimensionamiento del rotor 2, de la pared 28 de concentrador y de la base 33 tal como se define en el primer modo de realización sigue siendo aplicable. El miembro 41 de estator definido con referencia a las figuras 3 y 4 encuentra del mismo modo su aplicación en este segundo modo de realización.

El deflector 51 comprende una primera pared 52 deflectora portada por el bastidor 3 que se extiende desde aguas arriba a aguas abajo acercándose al rotor 2 y alejándose según AZ de la pared 14 de soporte desde un extremo 53 aguas arriba hasta un extremo 54 de admisión situado en la periferia del rotor 2. De la misma manera que la pared 19 deflectora del primer modo de realización, la extensión de esta primera pared 52 deflectora según la dirección AZ de alcance se define de modo que forme una barrera que impida que el viento V de orientación alcance un sector del rotor de su mitad periférica aguas arriba cuyas palas 6 exponen frontalmente su parte convexa.

Esta primera pared 52 deflectora sustituye a la pared 19 deflectora del primer modo de realización al delimitar conjuntamente con la pared 28 de concentrador la trayectoria Kp de propagación primaria de viento. Esta trayectoria Kp de propagación primaria guía desde aguas arriba A m a aguas abajo AV un flujo Vp primario hacia el sector Xa de rotor de admisión que está delimitado por el extremo 54 de admisión de la primera pared 52 deflectora y el borde 31 aguas abajo de la pared 28 de concentrador. El campo Xp de admisión primario asociado a la trayectoria Kp de propagación primaria está delimitado transversalmente en la prolongación longitudinal por el extremo 53 aguas arriba de la primera pared 52 deflectora y el borde 29 aguas arriba de la pared de concentrador.

El deflector 51 comprende una segunda pared 56 deflectora y una pared 57 de cierre portadas por el bastidor 3.

La segunda pared 56 deflectora se extiende a distancia y aguas abajo de la primera pared 52 deflectora, acercándose al rotor 2 y alejándose según AZ desde la pared 14 de soporte desde un extremo 58 aguas arriba hasta un extremo 59 aguas abajo situado en la periferia del rotor 2.

La pared 57 de cierre se extiende según la dirección de alcance a una distancia de la pared 14 de soporte, prolongándose longitudinalmente hacia aguas abajo de la segunda pared 56 deflectora desde el extremo 58 aguas arriba de esta segunda pared 56 deflectora hasta un extremo 60 aguas abajo de la pared de cierre situada en la periferia del rotor 2. De la misma manera que para el primer modo de realización, el sector Xf de rotor de expulsión está delimitado conjuntamente por el borde 31 aguas abajo de la pared 28 de concentrador y el extremo aguas abajo de la pared 22 de cierre.

También, de la misma manera que en el primer modo de realización, el deflector 51 separa la trayectoria Kp de propagación primaria de la trayectoria Ks de propagación secundaria. En términos generales, esta trayectoria Ks de propagación secundaria se extiende entre la pared 14 de soporte y el deflector 51 situado a distancia según AZ de la pared 14 de soporte, según la dirección AX longitudinal de aguas arriba a aguas abajo, contorneando el rotor 2 hasta desembocar en el espacio E de descarga, en las proximidades del sector Xf de expulsión.

En el ejemplo de la figura 6, la pared 57 de cierre delimita la trayectoria Ks de propagación secundaria impidiendo que el aire golpee la parte convexa de las palas a lo largo de su extensión, y más particularmente delimita el canal 32 de amplificación convergente conjuntamente con la base 33 tomada del primer modo de realización. El campo Xs de admisión secundario, asociado a la trayectoria Ks de propagación secundaria, está delimitado según la dirección AZ de alcance, en la prolongación longitudinal de esta trayectoria Ks de propagación secundaria, por la pared 14 de soporte y el extremo 53 aguas arriba de la primera pared 52 deflectora, donde se efectúa una división entre el flujo primario y secundario.

La toma 37 de aire, delimitada conjuntamente por la primera y segunda paredes 52 y 56 deflectoras, se extiende acercándose al rotor 2 desde aguas arriba AM a aguas abajo AV desde una abertura 38 de muestreo de aire que está abierta en la trayectoria Ks de propagación secundaria y aguas arriba del canal 32 de amplificación, hasta una abertura 39 de escape. La abertura 38 de muestreo está definida por los extremos 53 y 58 aguas arriba respectivos de la primera y segunda paredes 52 y 56 deflectoras, mientras que la abertura 39 de escape está definida por el extremo 54 de admisión de la primera pared deflectora y el extremo 59 aguas abajo de la segunda pared 56 deflectora. Esta abertura 39 de escape corresponde sustancialmente al sector Xb de rotor de admisión auxiliar que se extiende angularmente con respecto al eje AY transversal entre el sector Xa de admisión primario y el sector Xf de expulsión. Al igual que en el primer modo de realización, se entiende que el flujo que emerge al nivel del espacio E de descarga al final de la carrera del canal 32 de amplificación convergente corresponde al flujo Vs secundario retirado del flujo Vk auxiliar.

Esta toma 37 de aire está configurada para extraer dentro de la trayectoria Ks de propagación secundaria el flujo Vk auxiliar aguas arriba del canal 32 de amplificación, para transportarlo hacia la parte cóncava de las palas 6 al nivel del sector Xb de admisión auxiliar de rotor que está cubierto del viento V de orientación por la primera pared 52 deflectora.

En la práctica, la disposición de la primera y segunda paredes deflectoras y la pared 57 de cierre según el segundo modo de realización es un caso particular del primer modo de realización para la cual la toma 37 de aire es un volumen ahuecado en el deflector 18 que se forma en afloramiento con la pared 19 deflectora a lo largo de su contorno.

Ventajosamente, el deflector 51 de la turbina según el segundo modo de realización comprende además una pared 61 de desviación, portada por el bastidor 3, que permite aumentar la cantidad de flujo auxiliar aportado al sector Xb de admisión auxiliar del rotor 2.

La pared 61 de desviación se superpone a los campos Xp, Xs de admisión primario y secundario como se define en esta etapa extendiéndose desde aguas arriba AM a aguas abajo AV desde un extremo 61a aguas arriba hasta un extremo 61b aguas abajo acercándose a la pared 14 de soporte, de manera que pueda tomar un flujo Vh de desviación del viento V de orientación que circula en el campo Xp de admisión primario y guiarlo hacia la trayectoria Ks de propagación secundaria. Esta pared de desviación delimita, junto con la pared 14 de soporte, una porción de la trayectoria Ks de propagación secundaria.

En tal caso, el flujo Vp primario corresponde a la cantidad de viento que se extiende hacia el campo Xp de admisión primario que se retira del flujo Vh de desviación que discurre a lo largo de la pared 61 de desviación, mientras que el flujo Vs secundario corresponde a la cantidad de viento que se extiende hacia el campo Xs de admisión secundario enriquecido con el flujo Vh de desviación.

También, el deflector 51 comprende una pared 62 de separación, portada por el bastidor, que se extiende a lo largo de la toma 37 de aire, entre la primera y segunda paredes 52, 56 deflectoras, para delimitar un primer paso y un segundo paso de toma de aire, cada uno previsto para guiar una parte Vk1, Vk2 respectiva del flujo Vk auxiliar hacia la parte cóncava de las palas 6 al nivel del sector Xb de admisión auxiliar de rotor. Más específicamente, el primer paso de toma de aire está delimitado por la primera pared 52 deflectora y la pared 62 de separación y el segundo paso de toma de aire está delimitado por esta pared 62 de separación y la segunda pared 56 deflectora. Como se entiende, esta pared 62 de separación permite optimizar la orientación del flujo Vk auxiliar durante su primer paso a través del rotor 2.

Ventajosamente, la pared 62 de separación sobresale de la toma 37 de aire dentro de la trayectoria Ks de propagación secundaria atravesando la abertura 38 de muestreo, y adicionalmente la pared 61 de desviación se extiende dentro de la trayectoria Ks de propagación secundaria entre la primera pared 52 deflectora y la pared 62 de separación según la dirección AZ de alcance. En particular, la invención prevé que la pared de separación se extienda a una distancia comprendida entre 2 y 6 centímetros, y con preferencia 4 centímetros, desde la primera pared 52 deflectora dentro de la trayectoria Ks de propagación secundaria. Con esta disposición, el flujo Vh de desviación es guiado hacia el primer paso de toma de aire para enriquecer preferentemente la parte Vk1 correspondiente del flujo Vk auxiliar.

Finalmente, la turbina según el segundo modo de realización comprende ventajosamente una pared 63 de distribución, portada por el bastidor 3, que se extiende desde aguas arriba AM a aguas abajo AV desde un extremo 63a aguas arriba hasta un extremo 63b aguas abajo dentro de la trayectoria Kp de propagación primaria acercándose a la pared 28 de concentrador para dividir el flujo Vp primario en dos chorros Vp1, Vp2 distintos y orientados cada uno hacia la parte cóncava de las palas 6 del rotor al nivel del sector de admisión primario. Como se entiende, esta pared de distribución permite optimizar aún más la dirección del flujo Vp primario durante su primer paso a través del rotor 2, al igual que la pared 62 de separación con respecto al flujo Vk auxiliar.

Del mismo modo que en el caso del primer modo de realización, el dimensionamiento del deflector 51 y de la pared 63 de distribución según el segundo modo de realización de la invención se define en coordenadas cilíndricas, con una componente denominada radial y una componente denominada angular. En general, la coordenada radial de un elemento considerado, se define como su separación con el eje de rotación del rotor. La coordenada angular se define, en cuanto a la misma, como el ángulo formado, según una lectura en el sentido de rotación del rotor, entre la línea que pasa por el eje de rotación del rotor que intersecta este elemento y la línea longitudinal que pasa por el eje de rotación del rotor.

El extremo 54 de admisión de la primera pared 52 deflectora presenta una coordenada radial, denominada L5, comprendida entre 0,5 y 0,7 veces el diámetro D del contorno 11 periférico, con preferencia 0,52 veces el diámetro D; y una coordenada angular, denominada a4, comprendida entre -25° y 20° y con preferencia igual a -9°.

También, el extremo 53 aguas arriba de la primera pared 52 deflectora presenta una coordenada radial, denominada L6, comprendida entre 0,7 y 1,25 veces el diámetro D, con preferencia 1,02 veces el diámetro D; y una coordenada angular, denominada a6, comprendida entre -10° y -45° y con preferencia igual a -32°.

Con respecto al extremo 61a aguas arriba de la pared 61 de desviación, su coordenada radial, denominada L7, está comprendida entre 0,75 y 1,75 veces el diámetro D, y vale con preferencia 1,21 veces el diámetro D. Adicionalmente, su coordenada angular, denominada a7, está comprendida entre -10° y -45°, y vale con preferencia -24°.

El extremo aguas abajo 60 de la pared 57 de cierre presenta una coordenada radial, denominada L8, comprendida entre 0,5 y 0,75 veces el diámetro D, que vale con preferencia 0,56 veces el diámetro D; y una coordenada angular, denominada a8, comprendida entre -50° y -120° y que vale con preferencia -86°.

En cuanto a la pared 63 de distribución, está dimensionada para presentar un radio de curvatura de un valor de 0,1 a 1 veces el diámetro D, con preferencia igual a 0,26 veces el diámetro D. Su extremo 63a aguas arriba tiene una coordenada radial, denominada M1, comprendida entre 0,6 y 1 veces el diámetro D, con preferencia 0,75 veces el diámetro D; y una coordenada angular, denominada 82, comprendida entre -25° y 15° y con preferencia igual a -13,5°. Su extremo 63b aguas abajo tiene una coordenada radial, denominada M2, comprendida entre 0,5 y 0,7 veces el diámetro D, con preferencia 0,53 veces el diámetro D; y una coordenada angular, denominada 81, comprendida entre -10° y 40° y con preferencia igual a 8,1°.

Cualquiera que sea el modo de realización considerado, todas las paredes de guiado de viento son ventajosamente placas de chapa rígidamente portadas por el bastidor 3 al nivel de sus extremos transversales, a título no limitativo por empotramiento, estas paredes de guiado de viento que incluyen, en el ejemplo de las figuras ilustradas: las paredes 19, 52, 56 deflectoras, 62 de separación, 61 de desviación, 28 de concentrador, 22, 57 de cierre, 63 de distribución y la pared 36 abombada de la base 33. Se entiende que una disposición de este tipo permite limitar al máximo cualquier perturbación del flujo y por tanto optimizar el trabajo útil de las palas 6 del rotor.

En la descripción anterior, se ha explicado el funcionamiento de la turbina 1 según la invención en el caso en que está bañada por un viento cuya orientación V coincide con la dirección longitudinal de la turbina. En la práctica, se entiende que la turbina puede funcionar en cuanto capta un viento, es decir, del mismo modo cuando está bañada por un viento que se propaga en ángulo con respecto a la dirección AX longitudinal. En términos generales, la turbina se instala de manera que esté expuesta a un viento que presenta una componente que sigue una dirección AX longitudinal, que engloba un viento en contra así como un viento en ángulo con respecto a la dirección AX longitudinal de la turbina.

También, la turbina 1 según la invención se ha explicado para una aplicación como convertidor de energía eólica en energía mecánica, es decir transformando la energía cinética del viento en el par de giro de su rotor 2, y más particularmente en calidad de aerogenerador de electricidad cuando está equipado con un convertidor de par de giro del rotor en energía eléctrica.

Sin embargo, también puede resultar útil una aplicación de la turbina 1 como generador de viento, destinada a hacer rotar el rotor 2 mediante un motor eléctrico para impulsar aire al nivel del sector Xf de expulsión. La turbina, en calidad de generador de viento, está expuesta aguas arriba a un viento que induce por succión debido al accionamiento de su rotor.

Claims (11)

REIVINDICACIONES

1. Turbina (1) aeráulica de flujo pasante, destinada a ser instalada sobre una pared (14) de soporte para ser expuesta a un viento (V) que circula desde aguas arriba (AM) a aguas abajo (AV) según una dirección que presenta una componente según una dirección (AX) longitudinal de esta turbina (1), esta dirección longitudinal que es paralela a la pared (14) de soporte, esta turbina que comprende:

- un rotor (2) de tipo jaula de ardilla que comprende palas (6) arqueadas que presentan una parte cóncava y una parte convexa;

- un bastidor (3) que porta el rotor (2), el mismo que puede rotar alrededor de un eje (AY) transversal paralelo a la pared (14) de soporte y perpendicular a la dirección (AX) longitudinal, este rotor que presenta una mitad periférica aguas arriba y una mitad aguas abajo separadas entre sí por una línea (M) mediana que pasa por el eje transversal y de dirección perpendicular a las direcciones longitudinal (AX) y transversal (AY); y

- una pluralidad de paredes de guiado de viento portadas por el bastidor, estas paredes de guiado que delimitan en el interior de la turbina:

- un sector (Xa) de rotor de admisión primario de viento,

- una trayectoria (Kp) de propagación primaria adaptada para guiar desde aguas arriba (AM) a aguas abajo (AV) un flujo (Vp) primario del viento (V) que se encuentra con la turbina hasta el sector de admisión primario para alimentarlo, esta trayectoria primaria de viento que está delimitada por una primera pared (19; 52) deflectora y una pared (28) de concentrador de la pluralidad de paredes de guiado de viento, la pared (28) de concentrador que se extiende desde aguas arriba a aguas abajo acercándose a la pared (14) de soporte desde un borde (29) aguas arriba hasta un borde (31) aguas abajo situado en la periferia del rotor (2), la primera pared (19; 52) deflectora que se aleja de la pared (14) de soporte desde aguas arriba a aguas abajo desde un extremo (24; 53) aguas arriba hasta un extremo (26; 54) de admisión situado en la periferia del rotor para proteger del viento (V) una porción de la mitad periférica aguas arriba del rotor (2),

- un sector (Xf) de rotor de expulsión de viento que está abierto a un espacio (E) de descarga;

- un sector (Xb) de rotor de admisión auxiliar de viento que se extiende angularmente con respecto al eje (AY) transversal entre el sector (Xa) de admisión primario y el sector (Xf) de expulsión, este sector de rotor que está situado en la porción protegida del viento (V) por la superficie (19; 52) deflectora;

- una toma (37) de aire, separada de la trayectoria (Kp) de propagación primaria por al menos una de la pluralidad de paredes de guiado, que está adaptada para guiar desde aguas arriba (AM) a aguas abajo (AV) un flujo (Vk) auxiliar del viento (V) hasta el sector (Xb) de admisión auxiliar para alimentarlo,

caracterizado porque la turbina comprende una trayectoria (Ks) de propagación secundaria, separada de la trayectoria (Kp) de propagación primaria por al menos una de la pluralidad de paredes de guiado, que está adaptada para guiar desde aguas arriba (AM) a aguas abajo (AV) un flujo (Vs) secundario del viento (V) que choca con la turbina, esta trayectoria (Ks) de propagación secundaria que se extiende según la dirección (AX) longitudinal contorneando el rotor (2) al desembocar en el espacio (E) de descarga, en las proximidades del sector (Xf) de expulsión;

la toma (37) de aire que se extiende desde aguas arriba (Am ) a aguas abajo (AV) desde una abertura (38) de muestreo que está abierta a la trayectoria (Ks) de propagación secundaria;

la trayectoria (Ks) de propagación secundaria que forma un canal (32) de amplificación convergente aguas abajo de la abertura (38) de muestreo hasta el espacio (E) de descarga.

2. Turbina aeráulica según la reivindicación 1, en la que:

- la toma (37) de aire está delimitada por la primera pared (52) deflectora y una segunda pared (56) deflectora que se extiende aguas abajo de la primera pared (52) deflectora alejándose de la pared (14) de soporte desde aguas arriba a aguas abajo desde un extremo (58) aguas arriba hasta un extremo (59) aguas abajo situado en la periferia del rotor; - el canal (32) de amplificación convergente está delimitado por una base (33), montada rígidamente al bastidor (3) o fijada en la pared (14) de soporte, y por una pared (57) de cierre que se prolonga hacia aguas abajo del extremo aguas arriba de la segunda pared (56) deflectora,

en la que la base (33) se extiende a cierta distancia de la pared (57) de cierre formando un saliente dirigido hacia esta pared (57) de cierre.

3. Turbina aeráulica según la reivindicación 1 ó 2, en la que:

- el borde (29) aguas arriba de la pared (28) de concentrador y el extremo (53) aguas arriba de la primera pared (52) deflectora delimitan conjuntamente aguas arriba de la turbina un campo (Xp) de admisión primario que se extiende longitudinalmente en la alineación de la trayectoria (Kp) de propagación primaria;

- el extremo (53) aguas arriba de la primera pared (52) deflectora y la pared (14) de soporte delimitan conjuntamente aguas arriba de la turbina un campo (Xs) de admisión secundario que se extiende longitudinalmente en la alineación de la trayectoria (Ks) de propagación secundaria;

- una pared (61) de desviación, de la pluralidad de paredes de guiado, se superpone a los campos (Xp, Xs) de admisión primario y secundario al extenderse desde aguas arriba (AM) a aguas abajo (AV) acercándose a la pared (14) de soporte, de manera que es capaz de tomar un flujo (Vh) de desviación del viento (V) que circula en el campo (Xp) de admisión primario y guiarlo hacia la trayectoria (Ks) de propagación secundaria, el flujo (Vp) primario que corresponde a una cantidad de viento que se extiende en el campo de admisión primario que se retira del flujo (Vh) de desviación a lo largo de la pared (61) de desviación, mientras que el flujo (Vs) secundario corresponde a una cantidad de viento que se extiende en el campo (Xs) de admisión secundario enriquecido con el flujo (Vh) de desviación.

4. Turbina aeráulica según las reivindicaciones 1 ó 2, que comprende una pared (62) de separación, de la pluralidad de paredes de guiado, que se extiende a lo largo de la toma (37) de aire, entre la primera y segunda paredes (52, 56) deflectoras, para delimitar un primer paso y un segundo paso de toma de aire previsto cada uno para guiar una parte (Vkl, Vk2) respectiva del flujo (Vk) auxiliar hacia la parte cóncava de las palas (6) al nivel del sector (Xb) de admisión auxiliar del rotor, el primer paso de toma de aire que está delimitado por la primera pared (52) deflectora y la pared (62) de separación, y el segundo paso de toma de aire que está delimitado por esta pared (62) de separación y la segunda pared (56) deflectora.

5. Turbina aeráulica según la reivindicación 3 combinada con la reivindicación 4, en la que:

- la pared (62) de separación sobresale de la toma (37) de aire dentro de la trayectoria (Ks) de propagación secundaria que pasa a través de la abertura (38) de muestreo;

- la pared (61) de desviación se extiende dentro de la trayectoria (Ks) de propagación secundaria entre la primera pared (52) deflectora y la pared (62) de separación de manera que el flujo (Vh) de desviación sea guiado hacia el primer canal de toma de aire para enriquecer la parte (Vk1) correspondiente del flujo (Vk) auxiliar.

6. Turbina aeráulica según una de las reivindicaciones anteriores, que comprende una pared (63) de distribución, de la pluralidad de paredes de guiado, que se extiende desde aguas arriba a aguas abajo dentro de la trayectoria (Kp) de propagación primaria que se aproxima a la pared (28) de concentrador para dividir el flujo (Vp) primario en dos chorros (Vpl, Vp2) orientados cada uno hacia la parte cóncava de las palas (6) del rotor al nivel del sector de admisión primario.

7. Turbina aeráulica según la reivindicación 1, en la que las palas (6) son lamas delgadas que presentan una estructura idéntica en forma de una porción de superficie cilíndrica, en número de catorce a veintiséis, y preferiblemente en número de veinte.

8. Turbina aeráulica según la reivindicación 7, en la que cada pala (6) presenta un radio de curvatura de un valor comprendido entre 0,05 y 0,3 veces el diámetro (D) del rotor, y con preferencia igual a 0,146 veces el diámetro (D) del rotor.

9. Turbina aeráulica según la reivindicación 1, que comprende un miembro (41) de estator alojado integralmente en el rotor (2) y montado móvil en el bastidor (3) para ser desplazable entre una posición abierta en la que permite el paso del flujo de aire a través del rotor (2) y una posición cerrada en la que bloquea el paso del aire a través del rotor (2).

10. Turbina aeráulica según la reivindicación 9, en la que el miembro (41) de estator comprende dos módulos (42) de guiado enfrentados diametralmente entre sí con respecto al eje de rotación del rotor (2), cada módulo (42) de guiado que está delimitado por una superficie (42a) de guiado externa y una superficie (42b) de guiado interna, con

cada superficie (42a) de guiado externa que está orientada hacia el exterior del rotor y una de sus superficies (42a) de guiado externas se extiende en la prolongación del sector (Xa) de admisión primario en la posición cerrada del miembro de estator, y

las superficies (42b) de guiado internas de los dos módulos delimitan conjuntamente un corredor (43) dentro del rotor (2), este corredor que se extiende en la prolongación del sector (Xa) de admisión primario en la posición abierta del miembro de estator.

11. Aerogenerador de electricidad que comprende una turbina (1) aeráulica según una de las reivindicaciones anteriores y un convertidor del par de giro del rotor (2) en energía eléctrica.