Constituido mediante un eje vertical (1), dos soportes horizontales y extremos (3,

3'') y establecidos entre dichos soportes una pluralidad de álabes (4, 4''), centra sus características en el hecho de que los álabes (4, 4'') son de dos tipos, en disposición alternada, álabes (4) preparados y configurados para constituir elementos de arrastre y alabes (4'') preparados para constituir elementos de sustentación, con la particularidad además de que éstos últimos entran en·pérdida aerodinámica cuando sobrepasan una velocidad del viento pre-establecida, produciendo al rotor un efecto de freno.

Esta estructuración elimina una buena parte de la problemática de los rotores eólicos de eje vertical conocidos, de manera que no requiere un par de arranque importante, ni un sistema de frenado con grandes vientos, tampoco requiere la orientación y reorientación con respecto a los vientos dominantes, no se ve limitado a su utilización con vientos laminares, y no requiere su disposición a grandes alturas, pudiendo instalarse sobre un poste de sustentación (2) de escasa altura, en óptimas condiciones de funcionamiento.

Rotor eólico de eje vertical.

Objeto de la invención

La presente invención se refiere a un rotor eólico de eje vertical, con orientación permanente al viento, destinado a formar parte de una turbina eólica.

El objeto de la invención es proporcionar un rotor eólico de eje vertical que, mediante la combinación de dos tipos de álabes que le confieren un bajo par de arranque y una autorregulación de vueltas, no necesita de frenos convencionales, está capacitado para utilizar vientos racheados, remolinados, direccionales, ascendentes, etc. y siempre con un aprovechamiento máximo del viento, sea cual fuere la dirección y fuerza de éste.

La invención se sitúa pues en el ámbito de las energías renovables, y mas concretamente de la maquinaria para aprovechamiento de la energía del viento.

Antecedentes de la invención

Son conocidos diversos tipos de turbinas eólicas, cuyo funcionamiento es debido al aprovechamiento de bien fuerzas de arrastre o bien fuerzas de sustentación, como por ejemplo el modelo Darrieus y los grandes aerogeneradores de eje horizontal, los cuales emplean principalmente la fuerza de sustentación de su perfil aerodinámico en su funcionamiento, al enfrentar el borde de ataque del perfil en la dirección del viento, de forma similar a los aviones. Por otro lado, el modelo Savonius, el cual emplea principalmente fuerzas de arrastre, enfrentando superficies cóncavas en la dirección del viento.

Se conocen rotores eólicos de eje horizontal que presentan numerosos problemas e inconvenientes, tales como la necesidad de un freno mecánico para la regulación y parada del rotor, así como la necesidad de tener que pararse cuando los vientos son turbulentos, huracanados, ya que si no se paran se puede producir la rotura de los mismos, al ofrecer estos una gran resistencia en virtud de su posición horizontal.

Además, la vibración que tienen durante su funcionamiento, los rotores de eje horizontal, es muy acusada, así como la generación de un ruido elevado, resultando, por otra parte, contaminantes para las aves, ya que estas no les detectan convenientemente debido a la disposición en horizontal.

Son conocidos los más diversos sistemas de rotores para la configuración de turbinas eólicas, como principal componente para la captación de la energía del viento, en particular las de eje vertical, adoleciendo todas ellas, de un escaso rendimiento energético; una parte se enfrenta directamente al viento, independientemente de su naturaleza, y no necesitan orientación; la otra parte se oculta al viento, con lo que no produce.

Rotores eólicos como los citados pueden observarse en los documentos: ES1002396; ES1049887; ES1070534; ES2028718; ES2237268; ES2267837; GB189915505; US4115032; US4650403; RU2096259; RU2135824; EP0679805; US4970404; entre otros.

Estos rotores presentan una problemática que se centra fundamentalmente en los siguientes aspectos:

- Requieren de un gran par de arranque,

- Requieren de un sistema de frenado ante la presencia de grandes vientos.

- Requieren de la orientación o desorientación con respecto a los vientos dominantes.

- Requieren de la utilización única de vientos laminares.

- Requieren disponerse a grandes alturas.

- Para que resulten rentables, deben materializarse en la práctica en máquinas de grandes dimensiones.

Descripción de la invención

El rotor eólico que la invención propone resuelve de forma plenamente satisfactoria la problemática anteriormente expuesta, en todos y cada uno de los diferentes aspectos comentados.

Dicho rotor está configurado en base a un eje de giro vertical, al que se acoplan ortogonalmente dos soportes incluidos en respectivos e imaginarios planos paralelos, perpendiculares a dicho eje y situados en los extremos del mismo, siendo estos soportes portadores de respectivos perfiles aerodinámicos, en adelante denominados álabes.

De acuerdo ya con la invención, se parte de un perfil aerodinámico teórico, como "perfil madre", perfil asimétrico de configuración cóncavo convexa, y de sección optimizada para que al estar bajo la acción del viento origine diferencias de presión entre las superficies del álabe, creando una gran fuerza de sustentación y una gran sustentabilidad, así como una también gran pérdida aerodinámica.

Con este perfil madre y de acuerdo ya con la esencialidad de la invención, mediante dos tipos diferentes de proyección en vertical, se obtienen dos álabes diferentes, que en adelante serán denominados Alfa y Beta.

• Ambos álabes trabajan de forma simultanea a sustentación y arrastre, independientemente de la posición que ocupen en el rotor y del ángulo de ataque del fluido predominante.

• Estos perfiles están inclinados, es decir, desfasados sus extremos rotacionalmente, entre las bases de apoyo inferior y superior, y en vertical hacia la dirección de giro del rotor, con lo que se obtiene una mayor permanencia de contacto del álabe con el fluido y a favor, eliminando el salto al pasar la acción del fluido de un álabe, al vacío entre ambos y al otro álabe; se eliminan los llamados "caballitos", realizando de esta manera un funcionamiento mucho más regular, continuo y un arranque más suave, precisando menor potencia para iniciar el movimien- to.

• Ambos perfiles alares decrecen la cuerda, a medida que avanza su proyección vertical en relación aproximada a un 5%, no siendo limitativo, esto confiere, al fluido circulante en la parte cóncava de un efecto cuchara, que provoca un efecto venturi, y acelera el fluido en su interior, tendiéndolo a desalojar más rápidamente.

• A medida que asciende su proyección en vertical, con todo lo anteriormente citado a la vez, disminuye la cuerda del perfil, como se ha dicho, y además se revira la sección, manteniendo las características básicas del perfil madre, con lo que el ángulo que avanza la sección, en el sentido del giro del rotor, no es el que avanza el ángulo de ataque, sino que este se minimiza en un contragiro que hace la misma cuerda en su revirado en sentido contrario, con lo este hace permanecer mayor espacio y tiempo expuesta a unas mejores condiciones de optimización del fluido.

• La configuración y forma final de cada álabe o perfil alar, es la resultante, en cada caso, de todo lo anterior integrado con que el momento torsor generado en cada sección infinitesimal, ha de ser constante; y de esta manera no se generen fatigas y tensiones internas en los citados perfiles alares, y así trabaja todo el perfil en idénticas condiciones.

• Por ello en su proyección en vertical, el borde de ataque presenta un desplazamiento progresivo del perfil, hacia dentro y fuera del rotor, siguiendo una suave curva, de esta manera el borde superior del álabe esta a menor distancia del centro del eje del rotor que el borde inferior de la mismo, para compensar momentos.

Estas son las condiciones generales que caracterizan a ambos álabes, y de la misma manera.

Además, cada tipo de álabe tiene otra caracterización que lo hace diferente:

• Uno se prepara para sacar el máximo rendimiento a las fuerzas de arrastre, el Alfa.

• Y el otro, el Beta, se prepara para obtener el máximo rendimiento a las fuerzas de sustentación del fluido.

Los álabes Alfa y Beta participan en el rotor en igual número y en disposición alternada.

Los álabes Alfa trabajan como perfiles de arrastre y los álabes Beta como perfiles de sustentación, entrando en pérdida aerodinámica cuando la velocidad del viento sobrepasa un valor pre-establecido, actuando como freno del rotor.

Descripción de los dibujos

Para complementar la descripción que se está realizando y con objeto de ayudar a una mejor comprensión de las características del invento, de acuerdo con un ejemplo preferente de realización práctica del mismo, se acompaña como parte integrante de dicha descripción, un juego de dibujos en donde con carácter ilustrativo y no limitativo, se ha representado lo siguiente:

La figura 1.- Muestra una representación esquemática en perspectiva de un rotor eólico de eje vertical realizado de acuerdo con el objeto de la presenta invención, sobre su correspondiente poste de sustentación.

La figura 2.- Muestra una vista en alzado lateral del rotor de la figura anterior.

La figura 3.- Muestra un detalle en sección transversal del rotor,...

1. Rotor eólico de eje vertical, del tipo de los que incorporan una pareja de soportes convenientemente fijados a los extremos de su eje, soportes que constituyen los medios de sustentación para una pluralidad de álabes alineados circunferencialmente alrededor del eje, caracterizado porque en el mismo participan dos tipos de álabes (4, 4'), de perfil aerodinámico madre idéntico o similar, proyectados en vertical con desfase rotacional avanzado y revirado y acortado de cuerda a la contra, uno (4) configurado para arrastre y otro (4') configurado para sustentación, estando las cuerdas (11) de dichos álabes orientadas en ángulo, de forma radial, uniforme, concéntrica y verticalmente en la base del rotor, con el borde de ataque (6) hacia fuera, dispuestos alternativamente y equidistantes en su base inferior.

2. Rotor eólico de eje vertical, según reivindicación 1ª, caracterizado porque los soportes (3, 3') para los álabes (4, 4'), se materializan cada uno de ellos en una pluralidad de brazos radiales, de trayectoria sinuosa, equiangulamente distribuidos, con una curvatura en su porción distal coincidente con la curvatura del álabe (4, 4') correspondiente.

3. Rotor eólico de eje vertical, según reivindicaciones anteriores, caracterizado porque los álabes de sustentación (4') están configurados de manera que el rotor entra en pérdida aerodinámica si se superan las velocidades máximas permitidas, con el consecuente efecto de frenado.

4. Rotor eólico de eje vertical, según reivindicaciones anteriores, caracterizado porque los álabes (4, 4') están inclinados, desfasados en sus extremos rotacionalmente entre los soportes inferior y superior (3, 3'), y en vertical hacia la dirección de giro del rotor.

5. Rotor eólico de eje vertical, según reivindicaciones anteriores, caracterizado porque los perfiles de los álabes (4, 4') decrecen en el valor de su cuerda (11), a medida que avanza su proyección vertical, a la vez que se revira la sección, de manera que el ángulo que avanza la sección, en el sentido de giro del rotor, es distinto del que avanza el ángulo de ataque, quedando éste minimizado en el contragiro.

6. Rotor eólico de eje vertical, según reivindicaciones anteriores, caracterizado porque los álabes (4, 4') son la resultante, en cada caso, del momento torsor generado en cada sección infinitesimal, para que el mismo sea constante, presentando en su borde de ataque (6) un desplazamiento progresivo del perfil hacia el centro del rotor, siguiendo una suave curva y de manera que el borde superior del álabe está a menor distancia del centro del eje del rotor que el borde inferior del mismo.

7. Rotor eólico de eje vertical, según reivindicaciones anteriores, caracterizado porque la especial configuración y disposición de los álabes (4, 4') determinan una configuración general tronco cónica de generatriz curvilínea para el rotor.