Mecanismo de posicionamiento de las palas en un sistema de captación de energía de un flujo y transformación en energía cinética de rotación con eje perpendicular al flujo basado en la geometría de sus componentes y en la posición relativa de éstos que es capaz de aprovechar la energía del flujo para producir la rotación del eje principal y a su vez para alternar la posición de las palas de forma necesaria sin necesidad de dispositivos auxiliares e independientemente de la dirección y sentido del flujo.

Las palas se colocan en posición óptima respecto al flujo, una de ellas en posición de máxima exposición y la otra en posición de mínima oposición, por la acción del mismo flujo que provoca el giro respecto al eje principal.

Mecanismo de posicionamiento de las palas en un sistema de captación de energía de un flujo para transformación en energía cinética de rotación sobre eje perpendicular al flujo.

Sector de la técnica

La invención se encuadra en el sector del aprovechamiento o transformación energética. Mas concretamente en la transformación de energía de flujos o corrientes de fluidos en energía cinética de rotación.

Estado de la técnica

Actualmente son varios los mecanismos destinados a realizar esta transformación.

Es muy frecuente ver los paisajes poblados de aerogeneradores que realizan esta función. Estos transforman las comentes de aire en un movimiento giratorio, que a su vez es convertido en energía eléctrica para su transporte o almacenamiento.

Otro ejemplo son los molinos de grano situados en los cauces de los ríos.

Aprovechan el flujo de agua para producir la rotación de una muela que tritura el grano.

El mecanismo que aquí se presenta, se centra en la primera fase, es decir, la captación del flujo para su transformación en energía cinética de rotación, independientemente del uso que después se haga de esta.

La mayoría de los mecanismos existentes hoy en día que realizan esta transformación se componen de un eje paralelo al flujo y unas palas enfrentadas al flujo que giran entorno al eje debido a la presión ejercida por el flujo sobre estas.

Otra alternativa es colocar el eje de giro perpendicular al flujo con las palas girando en torno a dicho eje. La dificultad en este caso estriba en conseguir que las palas muestren toda su envergadura en un estado concreto del ciclo de funcionamiento (posición activa) y la menor oposición posible en el estado opuesto del ciclo (posición pasiva). Es decir, si en la posición de 0o (cero grados) el flujo arrastra la pala con todo su potencial haciéndolo girar en torno al eje, en la posición de 180º (ciento ochenta grados) la oposición de la pala al flujo ha de ser mínima. En un momento concreto entre 0º y 180º debe producirse el cambio de posición de la pala.

Por tanto, la presente invención se centra en el modo en que se consiguen enfrentar las palas al flujo en su máxima envergadura en un momento concreto del ciclo y como se enfrentan con la mínima resistencia en otro momento distinto, y lo que es mas importante, en como se produce la transición de una posición a la otra.

Explicación

La presente invención se refiere al modo de alternar la posición de las palas en relación a un flujo para su óptimo aprovechamiento.

Antes de detallar el funcionamiento del mecanismo, es necesario explicar las partes básicas de las que se compone el sistema ya que es fundamental la geometría de estos y su posición relativa.

a) Palas. Realmente se trata de una sola lámina generada por una geometría característica basada en una simetría respecto a un centro de inversión (O) que se pliega 90º (noventa grados) por un eje que atraviesa el centro de inversión generando de este modo las dos palas que se enfrentan al flujo alternativamente. En la Figura 1 se muestra la geometría básica de la lámina sin plegar y en la Figura 2 se muestra la lámina plegada, conformando de este modo las dos palas, X e Y, perpendiculares entre sí.

En la explicación del modo de funcionamiento se habla de dos palas pero realmente están unidas y se mueven de forma solidaria.

El agujero de las láminas que se muestra en las figuras es opcional, dependiendo de si el eje 1 es pasante o no.

b) Eje 1. Es el eje principal cuyo giro es el fin de todo el sistema y del cual se puede aprovechar la energía cinética de rotación.

c) Eje 2. Es el eje secundario sobre el que basculan las palas para presentarse al flujo en toda su envergadura, o por el contrario, ofrecer la mínima resistencia posible. En régimen permanente de funcionamiento, se producen giros de 90º (noventa grados) en uno y otro sentido alternativamente cada 180º (ciento ochenta grados) de giro del eje 1, volviendo a la misma posición cada trescientos sesenta grados de giro de dicho eje 1.

El eje 2 es perpendicular al eje 1 y es paralelo al pliegue que separa las dos palas.

Funcionamiento

Para una mayor claridad en la explicación del funcionamiento del mecanismo, a continuación se trata el caso concreto de un aerogenerador en el que el flujo tratado es el viento y el eje 1 se encuentra en posición vertical (por tanto el viento incide horizontalmente). A una de las palas la denominaremos X y a la otra Y. Un ciclo completo de este caso se muestra en la figura 3 (posiciones A, B, C, D, E y F).

En la posición A la pala Y está en posición horizontal de modo que no ejerce ninguna resistencia al viento (posición pasiva). En cambio, la pala X se encuentra en posición vertical con su plano totalmente perpendicular a la dirección del viento (posición activa). La incidencia del viento sobre el lado anverso de la pala X tendería a hacer girar las palas sobre el eje 2 pero esto no es posible dado que el eje 1 le impide este giro. Por tanto, en esta posición, el mecanismo está forzado a girar en el sentido de las agujas del reloj (o visto desde arriba en el sentido de apriete de tornillos) en torno al eje 1 hasta alcanzar la posición B.

En la posición B la pala Y sigue en posición horizontal y la pala X en posición vertical pero orientada en el sentido del flujo por lo que no ofrece ninguna resistencia. Por la propia inercia del sistema, el mecanismo tendería a seguir girando alcanzando la posición C.

En la posición C el viento incide en la pala X por el lado reverso (cara contraria a donde lo hacía en la posición A) provocando el giro solidario de las palas sobre el eje 2 de forma que la pala X pasa a estar en posición horizontal (posición pasiva) y la pala Y pasa a estar en posición vertical (posición activa) El giro de las palas sobre el eje 2 es de noventa grados, y no mayor, debido a que la pala Y es frenada por el eje 1 que le sirve de tope impidiéndole continuar con ese giro.

Por tanto, se invierte la posición activo-pasivo y el sistema sigue girando sobre el eje 1 por la presión que ejerce el viento sobre el lado anverso de la pala Y. La componente del viento sobre la pala Y va aumentando a medida que avanza el giro sobre el eje 1. La situación de máxima exposición se alcanza en la posición D. En esta posición la pala X no ofrece resistencia al viento.

En la posición E la pala Y se encuentra en posición vertical y alineada con el viento y, igual que pasaba en la posición B, pasa a la siguiente posición gracias a la propia inercia del sistema.

En la posición F el viento incide sobre la pala Y en el lado reverso provocando el giro de las palas sobre el eje 2. De este modo se vuelven a alternar las posiciones activa y pasiva de las dos palas.

Por la incidencia del viento en el lado anverso de la pala X se llegaría, mediante el giro sobre el eje 1, a la posición inicial A.

Descripción de dibujos

La figura 1 muestra la lámina que conformará las palas antes del plegado (en los puntos de Explicación y Modo de realización se da una descripción detallada de sus características).

La figura 2 muestra los componentes básicos del sistema.

La figura 3 muestra un ciclo completo de funcionamiento para un caso concreto (explicado en el punto anterior).

Modo de realización

Los componentes básicos del sistema son los expuestos en el punto de Explicación y se muestran en la figura 2.

Para llevarlo a cabo se precisan dos ejes perpendiculares entre sí de modo que el eje 1 pueda girar libremente y transmitir a un sistema de aprovechamiento de energía el movimiento de rotación, ya sea mecánico, eléctrico o de otro tipo. Las palas se montarán de tal manera que puedan pivotar en torno al eje 2 en un rango de 90º (noventa grados). Como se explica mas abajo, el diseño de las palas impide el giro total.

El diseño de las palas debe ser simétrico respecto a un centro de inversión, según se explica en el apartado de Explicación, de modo que al plegar la lámina se obtengan dos palas idénticas y opuestas.

La concepción de las palas garantiza que tengan una superficie de dimensiones considerables que, en su posición activa,...

1. Mecanismo de posicionamiento de las palas en un sistema de captación de energía de un flujo y transformación en energía cinética de rotación con eje perpendicular al flujo caracterizado por la sencillez de su funcionamiento basado en la geometría de sus componentes y la posición relativa de estos que es capaz de aprovechar la energía del flujo para producir la rotación del eje principal y a su vez para alternar la posición de las palas de forma necesaria sin necesidad de dispositivos auxiliares e independientemente de la dirección y sentido del flujo (siempre y cuando sea perpendicular al eje principal).

La especial configuración del sistema hace que las palas se coloquen en posición óptima en relación al flujo, una de ellas en posición de máxima exposición y la otra en posición de mínima oposición, por la acción del mismo flujo que provoca el giro respecto al eje principal.

La principal propiedad del sistema es la sencillez característica de su geometría intrínseca que garantiza un gran ahorro tanto en el proceso de fabricación como en las acciones de mantenimiento con un elevado índice de rendimiento.

2. Mecanismo según la reivindicación 1 caracterizado por estar compuesto de varios ejes 2 perpendiculares al eje 1, cada uno con sus correspondientes palas, y formando distintos ángulos entre sí de forma que colaboran todos ellos en el giro del eje 1.

3. Mecanismo según la reivindicación 1 pero invirtiendo el proceso de modo que se introduce en el sistema una energía cinética de rotación a través del eje principal (eje 1) para provocar un flujo en un fluido. Para ellos se precisaría un mecanismo de sincronización que produjese la oscilación sobre el eje 2 cada 180º (ciento ochenta grados) de giro del eje 1 para garantizar la dirección deseada del flujo (siempre perpendicular al eje 1).