Turbina eólica autónoma con acumulación energética y aplicaciones.

Turbina eólica autónoma con acumulación energética y aplicaciones,

de eje horizontal.

Está diseñada para captar energía cinética del viento, según sus características y la potencia requerida.

Está sustentada por soporte en M atirantado, orientable sobre plataforma giratoria con cimentación firme y sobre plataforma flotante.

Presenta configuración, dimensiones y ángulos de incidencia tales que, por rotación y empuje transversal del viento, experimenta cierto par motor en el rotor.

El rotor está constituido por bastidor perimetral poligonal atirantado y palas sectoriales trapeciales radiales, alabeadas, en mayor o menor grado, por torsión simple, y articuladas en eje y bastidor.

Las correas, como cintas transportadoras, alrededor del bastidor y poleas transmiten su par motor a aparatos receptores transformándolo en energía directa acumulable.

La cimentación firme sirve de cimiento y acumulador térmico.

Es instalable en tierra y flotante.

Los modelos de un mismo lugar son semejantes.

Los componentes y materiales abundan en los mercados.

TURBINA EÓLICA AUTÓNOMA CON ACUMULACIÓN ENERGÉTICA Y APLICACIONES.

A) Introducción

La presente patente de invención consta de memoria, reivindicaciones y figuras, y tiene por objeto la configuración de un molino de viento autónomo, de eje horizontal, que capta energía intermitente del viento, para uso directo y acumulación para posterior utilización según necesidades, constituyendo un proceso de generación energética renovable y autónoma.

Se han ensayado configuraciones, formas de transmisión y procesos de transformación de la energía captada y se ha conseguido una alternativa satisfactoria en cuanto a diseño y rendimiento, (véase figuras 1 a 10).

Con respecto a sus características técnicas a continuación se hace una descripción de los principales componentes como sigue:

El soporte, de estructura en M, atirantado transversalmente, instalado en plataforma giratoria, (auto-orientable con y sin excentricidad en la base), sobre cimentación firme, como cimiento y cumulador, y sobre plataforma flotante, que facilitan su orientación, sirve de sustentación del eje del rotor, mediante rodamientos radiales y axiales en los extremos superiores del mismo, (véase figuras 1 y 9).

El rotor consta de bastidor perimetral poligonal atirantado y una serie de palas sectoriales radiales trapeciales, alabeadas, en mayor o menor grado, por simple torsión, y articuladas en su extremo interior, mediante brida en el eje del rotor y en su extremo exterior en el bastidor, con perfil en cajón, similar a rectangular, con cantos necesarios para soportar los diversos esfuerzos longitudinales y transversales a que está sometido, constituyéndose en elemento estructural estabilizador y en transmisor y tractor de la potencia captada, (véase figura 3). Las palas, constituidas por perfiles estrechos aerodinámicos de por perfiles estrechos aerodinámicos de placas trapeciales sectoriales radiales, alabeadas, en mayor o menor grado, por simple torsión relativa de sus extremos, en rotación, presentan velocidades de "corte" y de "paso" del fluido, más o menos uniformes en toda la superficie de la turbina, al mismo tiempo que el área de cualquier porción de superficie de pala es proporcional a la superficie que barre, cuya proporción es determinante del rendimiento de la turbina, (véase figura 7). En el conjunto de soporte y rotor se utilizan materiales ordinarios existentes en cualquier mercado, destacando los aceros inoxidables y ordinarios con protección medioambiental.

El desarrollo transversal de las palas determina la "permeabilidad" de la turbina que se define como la relación entre la superficie de todas las palas y la del área del circulo barrido, la cual es determinante en el rendimiento de la energía captada para cualquier velocidad nominal del viento, e igualmente el ángulo de incidencia de las palas, función de la torsión adoptada por giro del

extremo del bastidor, es determinante en la velocidad periférica del bastidor, (véase ñgura 7).

El bastidor perimetral poligonal, atirantado en sus vértices, por su sección similar a rectangular, imprime gran rigidez y estabilidad a la turbina en todos los sentidos, aparte de que ofrece una superficie exterior adecuada a la tracción por rozamiento de las correas, a modo de cintas transportadoras, alrededor de su perímetro y el de las poleas como elementos tractores, de forma que se pueden colocar a lo largo de su desarrollo lineal cuantos elementos tractores se consideren necesarios con el objeto de fraccionar la potencia total que la turbina transmite a los múltiples aparatos receptores, tales como alternadores, compresores, bombas hidráulicas, módulos térmicos de fricción y agitación y mecánicos, además de los mecanismos de control de arranque, parada y velocidad de rotación de la turbina, (véase figuras 1,2,3 y 5).

Se puede regular la potencia y la velocidad de rotación de la turbina conectando solo los aparatos receptores que absorban la potencia del viento captada en cada momento, previo ajuste del desarrollo y el ángulo de incidencia del extremo exterior de las palas, (véase figura 5).

La cimentación tiene que soportar el momento correspondiente al empuje normal, (Px), del viento, sobre el plano de la turbina, por la altura del eje del rotor en todas las direcciones y requiere una estructura tal que, por masa, volumen y sin gravamen adicional, puede ser utilizada al mismo tiempo como acumulador energético térmico, alimentado directamente por los aparatos receptores, mediante conductos energéticos, (véase figuras 1).

El acumulador, como elemento útil sin cargas, constituye un aspecto novedoso de interés manifiesto, estando compuesto por materiales abundantes como cemento, áridos, cerámica y aislantes, que se utilizan en construcción en cualquier lugar.

Comúnmente está admitido que partiendo de una velocidad nominal V del viento y de un radio R de la turbina, la potencia de una turbina eólica viene dada por la fórmula convencional que tiene la expresión W=k.R2.V3, donde k es un coeficiente de eficiencia que depende de las características del aire y la "permeabilidad" de la turbina. O sea que se puede deducir el prototipo más eficiente, partiendo de la configuración descrita, en función de las condiciones eólicas del lugar, simplemente con ensayar previamente diversos "desarrollos" y "ángulos de incidencia" del extremo exterior de las palas y obtener un diagrama de potencias para cada velocidad V nominal seleccionada.

De un cálculo, no reivindicable, se obtiene la relación entre el coeficiente de eficiencia k y la "permeabilidad" de la turbina.

Una vez obtenida la configuración más favorable de una velocidad V determinada, es aplicable a cualquier tamaño y potencia, en medio atmosférico, de acuerdo con el principio que establece el cumplimiento de las leyes de

semejanza de Newton, Hooke, Cauchy y Mach. Es decir que la configuración de un modelo de 100 kW es semejante a la de un modelo de 10.000 kW o superior. Cabe añadir que la velocidad de rotación de los ejes tractores depende de la velocidad periférica del bastidor de la turbina y del diámetro de las poleas motrices que pueden ser seleccionados para que coincidan con los requeridos por los aparatos receptores de potencia.

La estructura del soporte en M consta de cuatro patas, de sección circular, reticular, etc., reforzadas en el sentido del empuje del viento y atirantadas en sentido transversal, que sustentan los extremos del eje del rotor con sendos rodamientos radiales y axiales, (véase figuras 1,2,3,9 y 10),

El soporte en M atirantado, instalado sobre plataforma giratoria, (con y sin excentricidad), en cimentación firme y sobre plataforma flotante auto- orientable, da lugar a una variante de turbina baja, es decir que el eje del rotor puede estar situado lo más próximo posible al nivel del suelo y la superficie del agua, con menor momento de vuelco del soporte para una misma potencia, (véase figuras 1,2,9 y 10).

Dado que la masa y volumen de la cimentación es utilizable al mismo tiempo como cimiento y como acumulador energético térmico proporciona la energía requerida en las horas inactivas por la intermitencia de viento, para cualquier uso doméstico e industrial y asistencia para recarga de unidades fijas y móviles, e incluso a la RED.

En resumen se trata de una energía básica y renovable como la del viento, disponible y abundante en toda la superficie del Globo, en tierra y en agua, que si se capta y aplica de la forma más racional y rentable posible, es una solución clara para la consecución de un "desarrollo sostenido", para poder disponer de energía, renovable y limpia, donde más se necesita, y de forma continua, sin límite de cantidad y con costes razonables.

La acumulación y la extracción son partes complementarias y convenientes para que esta fuente de energía tenga el carácter de autónoma e independiente.

El conjunto es original aunque algunos de sus componentes ya sean conocidos. Así pues, en primer lugar, se exponen el sector y el estado de la técnica y a continuación la explicación de los fundamentos teóricos y técnicos del objeto de la patente solicitada.

B) Sector de la técnica.

El sector de la técnica es la producción de energía para cualquier actividad, donde el kWh es un referente económico universal insustituible, con una demanda en constante crecimiento.

Además de los sectores básicos de consumo eléctrico y térmico se tienen otros muchos, como la obtención de agua potable, que dependen de la disponibilidad de los anteriores.

El sector de la técnica en el campo energético de origen térmico es muy amplio, con resultados poco satisfactorios en la mayoría de los casos, como las centrales térmicas...

1. Turbina eólica autónoma con acumulación energética y aplicaciones que se reivindica como molino de viento de eje horizontal, estando configurada por componentes específicos para la captación de energía cinética del viento, 5 conforme a la mecánica de fluidos, y presentando geometría, dimensiones, desarrollos, ángulos de incidencia de palas y cadencia en la intercepción del flujo del viento, tales que, por acción de la componente transversal del empuje del flujo que intercepta, experimenta, en rotación, cierto par motor de modo que con la interposición de mecanismos de transmisión, se transforma en pares 10 motores, que "generan" energía en aparatos receptores, según la intermitencia del viento, y que es susceptible de utilización directa y acumulación para su posterior uso continuo, según necesidades, y que se caracteriza porque, con respecto a sus características técnicas, está constituida por: A) el soporte, en forma de M, atirantado transversalmente, con patas circulares, reticulares, etc., 15 reforzadas en la dirección del viento, siendo orientable por ubicación sobre una plataforma giratoria, (con y sin excentricidad), sustentada en una cimentación firme, con uso como cimiento y acumulador, y sobre una plataforma flotante auto-orientable, dando opción a una alternativa de turbina baja, cuyo rotor puede estar situado a la altura más próxima posible a la cimentación, al nivel del 20 suelo y del agua, con menor momento de vuelco del soporte, y mayor facilidad de montaje, manipulación y mantenimiento de sus componentes, B) el rotor, constituido por un bastidor perimetral poligonal atirantado y las palas que sustenta, suspendido del soporte en M que, al estar apoyado sobre una plataforma giratoria, (con o sin excentricidad), y sobre una plataforma flotante 25 auto-orientable, permite la orientación del plano de la turbina en dirección normal a la del viento, y con "cierta oblicuidad" para velocidades excesivas del viento, de suerte que sus componentes normales y transversales, sean las nominales de cálculo, operando, por rotación desde la base y, por torsión, sobre el ángulo de incidencia del extremo de las palas articulado en el bastidor, con 30 mecanismos directos y monitorización, según la información suministrada por estación anemométrica, C) el bastidor perimetral poligonal, de sección en cajón, similar a rectangular, radialmente atirantado mediante bridas en el eje del rotor, con rodillos contra "cabeceo" y servofreno, que actúa como estabilizador y soporte de la articulación de los extremos exteriores de las palas y tirantes, 35 constituyéndose al mismo tiempo en soporte del empuje "normal del viento y en receptor y transmisor, a lo largo de su desarrollo exterior, del par motor del empuje "transversal " del viento sobre las palas y que, a su vez, lo transmite, mediante correas alrededor de su perímetro y de poleas motrices con tensores, a modo de cintas transportadoras, a los ejes de los aparatos receptores, 40 dispuestos en la plataforma intermedia de base, D) las palas, construidas con perfiles rectos, estrechos y aerodinámicos de placas de material resistente y flexible, configuradas por sectores trapeciales radiales, alabeadas, en mayor o menor grado, por simple torsión de su extremo exterior, y articuladas en su extremo interior, de forma predeterminada, en brida del eje del rotor, y en su extremo exterior en los vértices V del bastidor perimetral poligonal, E) la transmisión del par motor del bastidor a los aparatos receptores, situados en la plataforma baja citada, que tiene lugar por rozamiento y tracción de correas, como cintas transportadoras, alrededor del bastidor perimetral y de poleas, al mismo tiempo que dota de la velocidad de rotación requerida por sus ejes tractores, en función de la velocidad perimetral del bastidor y de los diámetros de las poleas, F) la transformación mediante los múltiples aparatos receptores de potencia de los pares motores, que están constituidos por generadores eléctricos, compresores, bombas hidráulicas, agitadores térmicos, discos de fricción, aparatos mecánicos, etc., para uso directo y acumulación energética térmica, (dado el doble uso de la cimentación como cimiento y acumulador), para su posterior aprovechamiento continuo, tal que, en cualquier hora, incluidas las de inactividad eólica, sea utilizada según demanda, para usos domésticos e industriales, recarga de acumuladores fijos y móviles, etc., y conexión a Redes, G) todos los componentes constituidos por materiales comerciales y comunes utilizados en la construcción y la industria en general y porque H) todos los modelos de un lugar son de configuración semejante y según la mecánica fluidos con la simple modificación de escala se pueden alcanzar grandes tamaños y potencias, al mismo tiempo que son instalables tanto en tierra como en el agua.