Turbina eólica.

Turbina eólica.

Dispositivo compuesto por un eje central substancialmente vertical; dos o más aspas, teniendo cada una un cuerpo, un extremo superior y un extremo inferior, estando dichos extremos unidos directa o indirectamente a dicho eje, y estando dicho cuerpo dispuesto de forma substancialmente helicoidal alrededor de dicho eje y sustentado mediante al menos un brazo

(40); teniendo la característica de porque dicha aspa (10) está formada a partir de una placa laminar con un hueco interior (30) y un corte que comunica dicho hueco interior (30) con el borde exterior (11a) y delimita una arista de extremo superior (12a) y una arista de extremo inferior (12b) confrontadas, estando dicha placa laminar deformada alejando dichas aristas de extremo superior e inferior (12a, 12b) verticalmente, obteniendo un segmento sustancialmente helicoidal, el cual presenta dos tramos a diferente altura con un área de captación resistente a un viento horizontal, diferenciada.

Tipo: Patente de Invención. Resumen de patente/invención. Número de Solicitud: P201331564.

Solicitante: CODINA CANDEL, NARCIS.

Nacionalidad solicitante: España.

Inventor/es: CODINA CANDEL,NARCIS , GUZMÁN LEBRATO,Carlos.

Fecha de Publicación: .

Clasificación Internacional de Patentes:

  • SECCION F — MECANICA; ILUMINACION; CALEFACCION;... > MAQUINAS O MOTORES DE LIQUIDOS; MOTORES DE VIENTO,... > MOTORES DE VIENTO > Motores de viento con un eje de rotación dispuesto... > F03D3/06 (Rotores)
  • SECCION F — MECANICA; ILUMINACION; CALEFACCION;... > MAQUINAS O MOTORES DE LIQUIDOS; MOTORES DE VIENTO,... > MOTORES DE VIENTO > F03D3/00 (Motores de viento con un eje de rotación dispuesto sustancialmente perpendicular al flujo de aire que entra al rotor (su control F03D 7/00))
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Turbina eólica.

Fragmento de la descripción:

TURBINA EÓLICA

Campo de la técnica La presente invención concierne al campo de las turbinas eólicas, en concreto a turbinas 5 eólicas de eje vertical de tamaño pequeño y medio generadoras de electricidad, dotadas de aspas helicoidales.

Estado de la técnica Las turbinas eólicas de eje vertical son ampliamente conocidas, constando típicamente de un generador eléctrico acoplado a un eje vertical el cual está conectado a unas aspas 10 expuestas al viento que provocan el giro de dicho eje.

La forma y disposición de dichas aspas puede ser muy variada en función del tipo y rango de vientos de operación, la situación o la escala de la turbina, los materiales de fabricación,

o sus costes.

En el caso que nos ocupa se trata de aspas helicoidales. Este tipo de aspas son conocidas por ejemplo a través del documento W02012041991 , en el que se describe una turbina eólica de eje vertical con aspas helicoidales lineales de sección en forma de ala de avión . Esta realización resulta costosa, al requerir de unas aspa de sección variable, y por lo tanto de costosa fabricación, y exponen poca superficie al viento.

El documento EP2115300 anticipa una turbina eólica de eje vertical con aspas laminares helicoidales, compuestas por la superposición vertical de segmentos laminares en forma de S unidos al eje por su centro, con una pequeña desviación angular en capa piso, consiguiendo así un conjunto helicoidal. Esta realización resulta también onerosa al requerir la producción de elementos con superficies complejas con suficiente precisión como para la correcta unión de una pluralidad de ellos.

Finalmente la realización anticipada en el documento W02011 042687 describe una turbina eólica de eje vertical en la que las aspas son de geometría variable, partiendo de dos aspas laminares planas verticales unidas por su extremo inferior y superior al eje, en la que el extremo superior del eje puede girar respecto al extremo inferior, a la vez que se reduce la distancia entre ellos. Con este movimiento se consigue deformar las aspas verticales para que adopten una posición helicoidal mas o menos acusada, variando así la superficie

expuesta al viento, permitiendo adaptarse a la velocidad de viento existente. Esta solución requiere de cierta complejidad técnica, y de ajustes manuales o automáticos, encareciendo así su producción y mantenimiento, y incrementando el riesgo de averías.

Exposición de la invención La invención propuesta consta de una turbina eólica compuesta por un eje central substancialmente vertical, dos o más aspas, teniendo cada una un cuerpo, una arista de extremo superior y una arista de extremo inferior, y estando dicho cuerpo dispuesto de forma substancialmente helicoidal alrededor de dicho eje.

Las citadas aristas de extremo superior e inferior están unidas directa o indirectamente a dicho eje, y el cuerpo sustentado mediante al menos un brazo igualmente unido al eje por uno de sus extremos.

Dicha aspa está formada a partir de una placa laminar plana dotada de un borde exterior a la que se ha recortado un hueco interior inscrito en su interior, que define un borde interior del aspa. Un corte comunica dicho hueco interior con el borde exterior y delimita una arista de extremo superior y una arista de extremo inferior confrontadas.

El aspa helicoidal es obtenida tras la deformación de dicha placa laminar plana alejando dichas aristas de extremo superior e inferior verticalmente, en una dirección perpendicular al plano que forma la placa. Al realizar esa deformación se consigue que la proyección vertical del objeto tridimensional obtenido, el aspa, presente una superticie expuesta, la en adelante llamada área de captación, que es la superticie sobre la que incide el viento.

Esta realización resulta extremadamente económica en su fabricación, además de resultar muy robusta y con un mantenimiento muy reducido.

Dichas turbinas de eje vertical siempre tienen, sea cual sea la dirección del viento, a un lado del eje presenta una mitad del área de captación de las aspas que giran en la misma dirección del viento, giran a favor del viento, y al otro lado del eje la otra mitad del área de captación de las aspas, que tienen que girar en contra de la dirección del viento, a contraviento, por eso estas turbinas no necesitan orientarse hacia el viento, pero requieren que las aspas tengan un comportamiento diferente frente al viento cuando giran a favor del viento, y cuando lo hacen a contra viento.

El aspa de la turbina propuesta dispondrá de dos tramos a diferentes altura con un área de captación expuesta a un viento horizontal diferenciada, de modo que al estar a diferente altura, y ser el aspa helicoidal, también estarán a diferente punto angular respecto al eje. Esta característica evita que un mismo aspa tenga dos segmentos con igual área de captación a favor del viento y a contraviento simultáneamente, que se contrarresten el uno al otro, mejorando así la eficiencia de la turbina, a la vez que permite funcionar de forma estable con velocidades de viento elevadas, o ante viento racheado, pues el área de captación situada a contraviento estabiliza la velocidad de giro del eje, permitiendo así un funcionamiento seguro con alta velocidad de viento o con viento racheado, y se alarga la vida útil de la turbina.

Esta característica puede obtenerse mediante una geometría tal de la placa laminar plana y/o del hueco interior que otorgue diferente área de captación en unas zonas respecto a otras, como por ejemplo descentrando el hueco interior respecto al borde exterior de la placa laminar, o dotando a la placa plana o al citado hueco de un borde irregular o asimétrico.

Otra opción alternativa o complementaria para reducir el área de captación de algunas áreas del aspa es la inclusión de orificios o aberturas en una fracción del cuerpo del aspa.

Las aristas de extremo superior e inferior del aspa pueden estar directamente fijadas sobre el eje, de tal modo que la inclinación de una, otra o ambas aristas respecto a la vertical en el punto de fijación sea de entre 0º y 45º . Para obtener esa inclinación, se requiere que, al deformar la placa laminar, además de alejar dichas aristas de extremo superior e inferior se roten en direcciones opuestas. Al realizar esta operación se consigue que el cuerpo del aspa más próximo a la arista de extremo rotada esté mucho más vertical , y por lo tanto con mayor área de captación de viento, que un segmento del cuerpo más alejado de dicha arista de extremo.

El cuerpo del aspa se sustenta en su tramo intermedio mediante al menos un brazo, que lo fija al eje. Dicho brazo dispone de una sección en forma por ejemplo de ala de avión, o de cualquier otra geometría aerodinámica, lo que favorece la eficiencia de la turbina eólica en conjunto.

Según una posible realización no limitativa el borde exterior y/o el interior del aspa están doblados en sección, para conformar una sección en L o en e lo que otorga mayor rigidez al aspa, permitiendo utilizar una placa laminar más delgada y ligera, lo que redunda en un accionamiento con un viento menor, y consiguiendo además diferenciar la captación del viente del aspa en el lado a favor del viento respecto a la captación en el lado a contraviento, lo que mejora el rendimiento.

El generador eléctrico puede situarse opcionalmente a ras de suelo, para facilitar su mantenimiento, dentro de una carcasa o del mástil, y disponer un eje dentro del mástil lo suficientemente alto para alejar las aspas del suelo, por seguridad y eficiencia, u opcionalmente se puede disponer dicho generador en el extremo superior de dicho mástil, y situar el eje y las aspas inmediatamente por encima.

Breve descripción de...

 


Reivindicaciones:

1. Turbina eólica que dispone de:

• un eje central substancialmente vertical

• dos o más aspas, teniendo cada una un cuerpo, un extremo superior y un extremo

inferior, estando dichos extremos unidos directa o indirectamente a dicho eje, y estando dicho cuerpo dispuesto de forma substancialmente helicoidal alrededor de dicho eje y sustentado mediante al menos un brazo (40) ;

caracterizado por que dicha aspa (10) está formada a partir de una placa laminar con un hueco interior (30) y un corte que comunica dicho hueco interior (30) con el borde exterior

(11a) y delimita una arista de extremo superior (12a) y una arista de extremo inferior (12b) confrontadas, estando dicha placa laminar deformada alejando dichas aristas de extremo superior e inferior (12a, 12b) verticalmente, obteniendo un segmento sustancialemente helicoidal, el cual presenta dos tramos a diferente altura con un área de captación resistente a un viento horizontal, diferenciada.

2. Turbina eólica según reivindicación 1 caracterizada por que dicha área de captación resistente al viento diferenciada se obtiene a partir de la posición descentrada del citado hueco interior (30) respecto al borde exterior (11a) .

3. Turbina eólica según reivindicación 1 o 2 caracterizada por que dicha área de captación resistente al viento diferenciada se obtiene a partir de la realización de orificios o aberturas que ocupan una parte de las citadas áreas resistentes al viento.

4. Turbina eólica según reivindicación 1, 2 o 3 caracterizada por que la arista de extremo superior (12a) y/o la arista de extremo inferior (12b) están directamente conectadas al eje y su inclinación es de entre 00 y 450 respecto a la vertical.

5. Turbina eólica según una cualquiera de las reivindicaciones precedentes caracterizada 25 por que dicho borde exterior (11a) y/o dicho borde interior (11b) están redondeados y/o curvados respecto a la sección transversal del aspa (10) .

6. Turbina eólica según una cualquiera de las reivindicaciones precedentes caracterizada por que el borde exterior (11a) del cuerpo bidimensional que forma el aspa (10) es circular en planta.

7. Turbina eólica según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 5 precedentes caracterizada por que la arista de borde exterior (11a) del cuerpo bidimensional que forma el aspa (10) es cuadrangular en planta.

8. Turbina eólica según una cualquiera de las reivindicaciones precedentes caracterizada 5 por que la arista de borde interior (11b) del cuerpo bidimensional que forma el aspa (10) es circular en planta.

9. Turbina eólica según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 7 precedentes caracterizada por que la arista de borde interior (11b) del cuerpo bidimensional que forma el aspa (10) es cuadrangular en planta.

10. Turbina eólica según una cualquiera de las reivindicaciones precedentes caracterizada por que dicho corte del material laminar que define las aristas de extremo superior (12a) e inferior (12b) no se encuentra en el plano de simetría del cuerpo de material laminar y/o tampoco en el punto de mayor proximidad entre la arista de borde interior (11b) y la arista de borde exterior (11b) .

11. Turbina eólica según una cualquiera de las reivindicaciones precedentes caracterizada por que dichos brazos (40) de soporte tienen una sección transversal de grosor variable definiendo una arista delgada y un extremo ancho romo.

12. Turbina eólica según una cualquiera de las reivindicaciones precedentes caracterizado por que el mecanismo generador eléctrico se encuentra en la base del mástil, y está unido a las aspas mediante un eje de transmisión.