PALETA PARA ROTOR DE UNA TURBINA DE VIENTO PROVISTA DE MEDIOS DE GENERACIÓN DE BARRERA.

Una paleta (10) para rotor de una turbina de viento (2) que tiene un árbol de rotor esencialmente horizontal,

comprendiendo el citado rotor un cubo (8), desde el cual se extiende la paleta o aspa (10) esencialmente en una dirección radial cuando está montada en el cubo (8), comprendiendo la paleta: - un contorno perfilado que incluye un borde delantero (18) y un borde trasero (20), así como un lado de presión y un lado de succión, generando el contorno perfilado una fuerza de empuje cuando está siendo impactado por un flujo de aire incidente, en la que el contorno perfilado está dividido en: - una región de raíz (30) con un perfil esencialmente circular más próximo al cubo, - una región de superficie aerodinámica (34) con un perfil de generación de fuerza de empuje más alejado del cubo, y - una región de transición (32) entre la región de raíz (30) y la región de superficie aerodinámica (34), cambiando gradualmente el perfil de la región de transición (32) en la dirección radial desde el perfil circular de la región de raíz al perfil de generación de fuerza de empuje de la región de superficie aerodinámica, caracterizada porque están dispuestos unos primeros medios de generación de barrera (106) en el lado de succión de la paleta (10), en la región de transición (32) o en la región de superficie aerodinámica (34), en una parte más próxima a la región de transición (32), estando los primeros medios de generación de barrera (106) adaptados a generar una barrea de flujo de aire a lo lago de una primera banda que se extiende esencialmente en una dirección transversal de la paleta (10), en el lado de succión de la paleta, en la que los primeros medios de generación de barrera están dispuestos sin medios de generación de barrera en lados radiales de los primeros medios de generación de barrera

Campo Técnico

La presente invención se refiere a una paleta o aspa para un rotor de una turbina de viento que tiene un árbol de rotor esencialmente horizontal, comprendiendo dicho rotor un cubo desde el cual se extiende la paleta esencialmente en una dirección radial cuando está montada en el cubo, comprendiendo la paleta: un contorno perfilado que incluye un borde delantero y un borde trasero, así como un lado de presión y un lado de succión, generando el contorno perfilado una fuerza de empuje cuando está siendo impactado por un flujo de aire incidente, en el que el contorno perfilado está dividido en: una región de raíz con un perfil esencialmente circular más próximo al cubo, una región de superficie aerodinámica con un perfil de generación de fuerza de empuje más alejadamente separado del cubo y una región de transición entre la región de raíz y la región de superficie aerodinámica, cambiando gradualmente el perfil de la región de transición en la dirección radial desde el perfil circular de la región de raíz a la región de regeneración de fuerza de empuje de la región superficie aerodinámica.

Antecedentes

Las turbinas de viento de eje horizontal comprenden un rotor provisto de cierto número de paletas – con frecuencia dos o tres- que se extienden radialmente desde un cubo. Las paletas tienen un perfil transversalmente a la dirección longitudinal o radial de la paleta. La paleta comprende una región de raíz con un perfil esencialmente circular más próximo al cubo, una región de superficie aerodinámica con un perfil de generación de fuerza de empuje más alejadamente separado del cubo, y una región de transición entre la región de raíz y la región de superficie aerodinámica, cambiando gradualmente el perfil de la región de transición en la dirección radial desde el perfil circular de la región de raíz hasta el perfil de generación de fuerza de empuje de la región de superficie aerodinámica. El perfil de generación de fuerza de empuje está provisto de un lado de succión y un lado de presión, así como de un borde delantero y un borde trasero, de manera que la paleta, durante el uso, es decir, durante la rotación del rotor accionado por el viento, es impactado por un flujo de aire incidente que fluye desde el borde delantero hacia el borde trasero, generando con ello una presión reducida en el lado de succión (en un lado de sotavento) con relación al lado de presión (en un lado de barlovento), de manera que crea una diferencia de presiones entre el lado de succión y el lado de presión, originándose así una fuerza de empuje.

Idealmente, el flujo de aire permanece unido a la superficie de la paleta en toda la dimensión longitudinal de la paleta. Sin embargo, en la práctica, el flujo de aire puede desprenderse en el lado de succión de la paleta, lo que puede causar un arrastre incrementado, fuerza de empuje reducida y con ello conducir a una reducción de la producción de energía. Este desprendimiento o separación del flujo de aire ocurre usualmente en la dirección transversal, entre una posición de máximo grosor y el borde trasero del perfil y ocurre típicamente en la región de raíz o región de transición, donde el perfil es no ideal y tiene el espesor de paleta relativamente más grande.

La separación del flujo puede entrañar esencialmente vórtices de estancación de flujo de aire, los cuales, debido a las fuerzas de rotación del rotor, pueden propagarse hacia la punta extrema de la paleta. Estos flujos transversales de flujo de aire separado perjudican la funcionalidad de la paleta, reduciendo la fuerza de empuje en una extensión longitudinal mayor de la paleta.

El documento WO 2005/0359978, que se considera como la técnica anterior más próxima al objeto de la reivindicación 1, da a conocer una paleta que está provista de un elemento plano que sobresale del lado de succión de la paleta y que se extiende desde el borde delantero hasta el borde trasero de la paleta. El elemento plano está dispuesto en una zona de flujo transversal con el fin de evitar que el flujo transversal se propague hacia el extremo de punta de la paleta.

El documento WO 02/08600 da a conocer una paleta de turbina de viento con un nervio montado en la sección de raíz. En una realización, están dispuestos generadores de vórtice de aleta en el lado de presión de la paleta, en la región de transición de la paleta.

El documento 00/15961 expone una paleta de turbina de viento con generadores de vórtice en forma de delta.

Wetzel K K et al.: “Influencia de generadores de vórtice sobre Características Aerodinámicas de Superficies Aerodinámicas NREL S807 y Rendimiento de Turbinas de Viento”. Wind Engineering, Vol. 19, no. 3, páginas 157165, describe el uso de generadores de vórtices en forma de hueso de pechuga de ave para paletas de turbinas de viento.

El documento WO 03/016713 da a conocer un generador de potencia de viento pequeño que tiene paletas planas provistas de un miembro de barrera dispuesto en una superficie trasera de la paleta en la dirección de avance de la paleta.

El documento WO 2007/065434 describe una paleta de turbina de viento provista de dentados de superficie en la región de raíz y transición de la paleta con el fin de reducir el arrastre en estas secciones.

El documento GB 885.449 expone una superficie aerodinámica provista de medios para inyectar Chorros de fluido de manera que se re-energice la capa límite del flujo de fluido más allá de la superficie aerodinámica.

Descripción de la Invención

Es un objeto de la invención obtener una nueva paleta de rotor de una turbina de viento, que supere o mejore al menos una de las desventajas de la técnica anterior o que proporcione una alternativa útil.

De acuerdo con un primer aspecto de la invención, el objeto es obtenido por unos primeros medios de generación de barrera que están dispuestos en el lado de succión de la paleta en la región de transición o en la región de superficie aerodinámica en una parte más próxima a la región de transición, estando los primeros medios de generación de barrera adaptados para generar una barrera de flujo de aire a lo largo de una primera banda, que se extiende esencialmente en una dirección transversal de la paleta en el lado de succión de la paleta. De ese modo, los primeros medios de generación de barrera están dispuestos en una zona que comprende la región de transición y una parte de la región de superficie aerodinámica más próxima a la región de transición. Preferiblemente, los primeros medios de barrera están dispuestos en una primera zona situada en una zona de flujo transversal. Este flujo transversal puede ser inherente al diseño de la paleta durante el uso de la paleta. En un rotor de turbina de viento, la barrera de flujo de aire debe ser de resistencia y longitud suficientes para que se reduzca eficazmente el flujo transversal. Los flujos transversales que aparecen en una región de flujo de aire separado, por ejemplo debido a diferencias de presiones causadas por diferentes velocidades del flujo de aire incidente a diferentes radios de paleta, y que se presentan especialmente en la zona de la raíz de la paleta, pueden por ello ser reducidos o evitados por la barrera de flujo de aire que evita que los flujos transversales rebasen la primera zona. Por ello, es posible evitar que un flujo separado se propague en la dirección longitudinal o radial de la paleta hacia la punta de la paleta y evitando especialmente que el flujo separado se propague a lo largo de la región perfilada de la paleta.

De acuerdo con una primera realización ventajosa, la primera banda tiene una anchura que está comprendida en un intervalo entre 20 cm y 2 m, o entre 25 cm y 1,5 m, o entre 30 cm y 1 m. Típicamente, la dimensión longitudinal de la banda es de unos 50 cm. De acuerdo con una segunda realización ventajosa, los primeros medios de generación de barrera no tienen medios de generación de barrera en lados radiales de los primeros medios de generación de barrera, es decir, los medios de generación de barrera no se ponen en contacto a tope con la primera banda o los primeros medios de generación de barrera. El uso de medios de generación de barrera pueden incrementar el arrastre (y en ciertos caso incluso la relación de fuerza de empuje a arrastre) de la paleta en la zona en la que están dispuestos los medios de generación de barrera. Disponiendo los medios de generación de barrera en bandas solamente, se asegura que los medios de generación de barrera aumenten... [Seguir leyendo]

1. Una paleta (10) para rotor de una turbina de viento (2) que tiene un árbol de rotor esencialmente horizontal, comprendiendo el citado rotor un cubo (8), desde el cual se extiende la paleta o aspa (10) esencialmente en una dirección radial cuando está montada en el cubo (8), comprendiendo la paleta:

- un contorno perfilado que incluye un borde delantero (18) y un borde trasero (20), así como un lado de presión y un lado de succión, generando el contorno perfilado una fuerza de empuje cuando está siendo impactado por un flujo de aire incidente, en la que el contorno perfilado está dividido en:

- una región de raíz (30) con un perfil esencialmente circular más próximo al cubo,

- una región de superficie aerodinámica (34) con un perfil de generación de fuerza de empuje más alejado del cubo, y

- una región de transición (32) entre la región de raíz (30) y la región de superficie aerodinámica (34), cambiando gradualmente el perfil de la región de transición (32) en la dirección radial desde el perfil circular de la región de raíz al perfil de generación de fuerza de empuje de la región de superficie aerodinámica,

caracterizada porque

están dispuestos unos primeros medios de generación de barrera (106) en el lado de succión de la paleta (10), en la región de transición (32) o en la región de superficie aerodinámica (34), en una parte más próxima a la región de transición (32), estando los primeros medios de generación de barrera (106) adaptados a generar una barrea de flujo de aire a lo lago de una primera banda que se extiende esencialmente en una dirección transversal de la paleta (10), en el lado de succión de la paleta, en la que los primeros medios de generación de barrera están dispuestos sin medios de generación de barrera en lados radiales de los primeros medios de generación de barrera.

2. Una paleta de acuerdo con la reivindicación 1, en la que la primera banda (40, 42) tiene una anchura que está comprendida en el intervalo de entre 20 cm y 2 m, o de entre 25 cm y 1,5 m, o de entre 30 cm y 1 m.

3. Una paleta de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en la que la citada parte de la región de superficie aerodinámica (34) más próxima a la región de transición (32) está situada dentro de un 50% ó 35% ó 25% interior de la paleta.

4. Una paleta de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en la que los primeros medios de generación de barrera están dispuestos en la región de transición (32) solamente.

5. Una paleta de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en la que los medios de generación de barrera (106) están destinados a generar una barrera de flujo de aire que se extiende al menos desde una zona de máximo espesor de perfil relativo y el borde trasero (20) de la paleta (10).

6. Una paleta de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en la que los medios de generación de barrera están destinados a generar una barrera de flujo de aire que se extiende esencialmente desde el borde delantero (18) hasta el borde trasero (20) de la paleta (10).

7. Una paleta de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en la que la paleta comprende además unos medios de generación de barrera adicionales (106) dispuestos en el lado de succión de la paleta (10), en la región de transición (32) o en la región de superficie aerodinámica (34), en una parte más próxima a la región de transición (32), estando adaptados los medios de generación de barrera adicionales (106) a generar una barrera de flujo de aire a lo largo de una banda adicional que se extiende esencialmente en una dirección transversal de la paleta (10), en el lado de succión de la paleta (10).

8. Una paleta de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en la que los primeros medios de generación de barrera (106) y/o los segundos medios de generación de barrera (106) comprenden cierto número de medios de generación de turbulencia, tales como cierto número de generadores de vórtice.

9. Una paleta de acuerdo con la reivindicación 8, en la que el número de medios de generación de turbulencia están adaptados a proporcionar vórtices con una altura correspondiente a la altura de los flujos transversales de flujo de aire unido, que se forman inherentemente durante el uso normal de la paleta de turbina de viento.

10. Una paleta de acuerdo con la reivindicación 8 o la 9, en la que los medios de generación de turbulencia consisten en dos pares de generadores de vórtice de aleta.

11. Una paleta de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en la que los primeros medios de generación de barrera (x06) y/o los segundos medios de generación de barrera (106) comprenden cierto número de medios de control de capa límite.

12. Una paleta de acuerdo con la reivindicación 11, en la que los medios de control de capa límite comprenden cierto número de orificios de ventilación (206, 306) para soplado o succión entre una parte interior de la paleta y una parte exterior de la paleta.

13. Una paleta de acuerdo con la reivindicación 12, en la que los orificios de ventilación (206) están dispuestos en 5 esencia tangencialmente al contorno de la paleta.

14. Una paleta de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en la que los primeros medios de generación de barrera y/o los segundos medios de generación de barrera comprenden un listón (406) dispuesto en el borde delantero de la paleta.

15. Una paleta de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en la que la primera zona (40, 42)

10 y/o la segunda zona (40, 42) comprenden una solapa de Gurney dispuesta en el borde trasero (20) y en el lado de presión de la paleta.