Aerogenerador con turbina de reacción horizontal.

Aerogenerador con turbina de reacción horizontal, el cual se basa en la tecnología de turbinas del tipo CATT (turbina de tecnología de incremento combinada) y mediante el mismo se permite acelerar a velocidad del flujo de aire,

haciendo más eficientes la turbina de viento, permitiendo incrementar la potencia que puede ser extraída de la circulación del aire.

Este aerogenerador consta de dos conductos alineados en la dirección del eje longitudinal del aerogenerador, estando un primer conducto dispuesto en el interior de un segundo conducto, definiendo entre ellos una conducción anular.

La aportación de aire a través del conducto anular es acelerado mediante una zona de convergencia, el cual tiene la capacidad de incrementar la velocidad rotacional del flujo y disminuir la presión en la zona posterior a la turbina.

Asimismo, posee unos álabes direccionales que permiten guiar el flujo en la dirección óptima, como el ángulo de ataque a las palas de la turbina principal y el ángulo de giro del flujo rotacional, y que, a su vez, unen la pareja de conductos entre sí y al eje central.

Aerogenerador con turbina de reacción horizontal.

OBJETO DE LA INVENCIÓN.

La siguiente invención, según se expresa en el enunciado de la presente memoria descriptiva, se refiere a un aerogenerador con turbina de reacción horizontal, siendo del tipo de aerogeneradores basados en la tecnología de turbinas del tipo CATT (turbina de tecnología de incremento combinada), de forma que el aerogenerador incorpora una pareja de conductos, alineados en la dirección del eje longitudinal del aerogenerador, estando un primer conducto dispuesto en el interior de un segundo conducto, definiendo entre ellos una conducción anular, el aire que ingresa a través del conducto anular es acelerado mediante una zona de convergencia, teniendo por objetivo incrementar la velocidad rotacional del flujo y disminuir la presión en la zona posterior a la turbina.

Asimismo, posee una serie de álabes direccionales que permiten guiar el flujo de aire en la dirección óptima, como el ángulo de ataque a las palas de la turbina principal y el ángulo de giro del flujo rotacional, y que, a su vez, unen la pareja de conductos entre sí y al eje central.

Si consideramos las pérdidas reales que pueden existir en el aerogenerador objeto de la invención podemos estimar que dicho aerogenerador es un 30% más eficiente que los aerogeneradores convencionales.

CAMPO DE APLICACIÓN.

En la presente memoria se describe un aerogenerador con turbina de reacción horizontal, el cual está basado en la combinación de una turbina de reacción y una pareja de conductos, con un primer conducto dispuesto en el interior de un segundo conducto, con una estructura y elementos eficientes, permitiendo establecer unas condiciones fluidodinámicas adecuadas para un mejor aprovechamiento de la extracción de energía de una corriente de aire y así optimizar la potencia del aerogenerador.

La presente invención se basa en la tecnología de turbinas del tipo CATT (turbina de tecnología de incremento combinada), donde su estudio y diseño se viabilizó mediante la dinámica de fluidos computacional (CFD), la cual fue validada posteriormente mediante ensayos experimentales.

ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN.

Existe un interés mundial en el desarrollo de fuentes alternativas de energía, especialmente en la energía eólica. En la actualidad, los esfuerzos y tecnologías han sido orientados a la gran eólica, pero existe un mercado y un sector menos desarrollado, el sector de la mini eólica, dado por su aplicación y/o beneficio-coste. Sin embargo, desarrollando e innovando nuevos sistemas de aerogeneradores para este sector menos explotado, se podría establecer su aplicación ideal y obtener rentabilidad en cuanto a la relación beneficio-coste.

La energía eléctrica generada con aerogeneradores convencionales (gran eólica) a menudo se transmite a largas distancias, desde las zonas donde el recurso eólico es favorable para este propósito hasta los centros poblados. Esto es debido a que, por lo general, en las zonas pobladas el recurso es más modesto, reduciendo de esta manera la viabilidad y beneficio económico de la captura de energía eólica con aerogeneradores convencionales.

Así, se ha propuesto el desarrollo de dispositivos que concentren la energía eólica mediante el aumento de la velocidad del viento, permitiendo aprovechar la energía de vientos con

velocidades más baja, y pueda ser funcional para vientos racheados que suelen darse en zonas pobladas o urbanas.

El diseño de aerogeneradores con conductos concéntricos se centra en incrementar la energía cinética del flujo de aire en la zona de la turbina, disminuyendo la presión aguas abajo de la turbina.

Casi todas las formulaciones están orientadas para aerogeneradores sin conductos, aunque hay estudios donde se demuestra clara, pero empíricamente, las posibilidades de obtener mayores potencias con aerogeneradores con conducto, tal como el de la presente invención.

Asimismo, en cuanto a los problemas típicos del control de la turbulencia, por ejemplo, cuando el flujo de aire se separa de la superficie interior del conducto en una zona divergente provocando la aparición de la turbulencia y reduciendo considerablemente el incremento de velocidad en el difusor, en la patente US 4.422.820 se describe conductos que proponen el control de tal turbulencia mediante la introducción de flujos de aire externos a través de una serie de orificios.

Igualmente, podemos considerar los documentos de patente US 7.018.166 y US 4.132.499, de forma que en el documento US 7.018.166 se describe ejecución de una turbina y un rotor en la que son impulsados por corrientes de fluido distintas y en el documento US 4.132.499 se describe un dispositivo de generación de energía impulsada por el viento que comprende una cubierta con una garganta en la que monta las palas del rotor de una turbina, con una cara interior que converge hacia la garganta y una sección aguas abajo del difusor con una superficie interna divergente.

DESCRIPCIÓN DE LA INVENCIÓN.

En la presente memoria se describe un aerogenerador con turbina de reacción horizontal, siendo del tipo de aerogeneradores de turbina de tecnología de incremento combinada (CATT), de forma que el aerogenerador comprende:

S un primer conducto de superficie interna convergente-divergente de paso del flujo principal, cuyo primer conducto queda fijado por una serie de alabes direccionales a una ojiva central que acoge un eje en el que se monta una turbina definida por unas hélices asociadas a un generador eléctrico, alojado en la ojiva central, y;

S un segundo conducto de superficie interna convergente-divergente, exterior al primer conducto, definiendo entre ambos una conducción anular de paso del flujo secundario, incorporando una pluralidad de álabes direccionales de unión entre el primer conducto y el segundo conducto.

La fijación del primer conducto a la ojiva central se lleva a cabo por medio de unos primeros álabes direccionales presentes en la parte anterior convergente y unos segundo alabes direccionales dispuesto en la parte posterior divergente, quedando entre ellos la turbina.

Asimismo, la fijación del segundo conducto al primer conducto se lleva a cabo por una primera pluralidad de alabes direccionales dispuestos en la parte anterior convergente y una segunda pluralidad de alabes direccionales dispuestos en la zona cercana a la salida del primer conducto.

La segunda serie de alabes direcciones y la segunda pluralidad de alabes direccionales presentan un ángulo de inclinación favorable a la rotación del flujo de aire entre 60° y 70°, permitiendo la evacuación adecuada del flujo y menores perdidas.

En una ejecución practica el primer conducto, de paso del flujo principal de aire, queda desplazado, hacia adelante, respecto del segundo conducto.

La sección de la conducción anular que definen entre el primer conducto y el segundo conducto se reduce progresivamente desde su entrada hasta el final del primer conducto, incrementando la velocidad del flujo secundario que pasa por este.

El flujo secundario se mezcla con el flujo principal respecto de la sección más estrecha del segundo conducto.

El ángulo máximo de la zona divergente del primer y segundo conductos es menor de 7o.

En la zona de salida del segundo conducto se puede acoplar una hélice al eje central de la turbina.

En la superficie exterior del segundo conducto se ubican unas veletas estabilizadoras para orientar el aerogenerador en la dirección del viento.

En la parte inferior del segundo conducto tiene un soporte base con un compartimiento donde se alojará un sistema de acoplamiento de rodamientos y contactos eléctricos móviles, al cual se acoplará una torre ó mástil.

Mediante el diseño, la geometría y la ubicación de cada uno de los elementos que conforman el aerogenerador se permite obtener una mayor captación de viento y una disminución de perdidas, para tratar de evitar fenómenos de turbulencia, establecer zonas de incrementos de velocidad y zonas de disminución de la presión aguas abajo, generando máximas velocidades en la zona de la turbina. Este diseño permite que el aerogenerador en su conjunto sea más eficiente, y pueda ser funcional a partir de vientos de bajas velocidades y para vientos racheados.

Así, si consideramos las pérdidas reales que pueden existir en el aerogenerador objeto de la invención podemos estimar que dicho aerogenerador es un 30% más eficiente que los aerogeneradores convencionales.

Para complementar la descripción que seguidamente se va a realizar, y con objeto de ayudar a una mejor comprensión de las características de la invención, se acompaña a la presente memoria descriptiva,...

1a.- AEROGENERADOR CON TURBINA DE REACCIÓN HORIZONTAL, siendo del tipo de aerogeneradores de turbina de tecnología de incremento combinada (CATT), caracterizado por que el aerogenerador comprende:

S un primer conducto (1) de superficie interna convergente-divergente de paso del flujo principal, cuyo primer conducto (1) se fija por medio de una serie de alabes direccionales a una ojiva central (3) que acoge un eje (5) en el que se monta una turbina definida por unas hélices (4) asociadas a un generador eléctrico (24) alojado en el interior de la ojiva central (3), y;

S un segundo conducto (9) de superficie interna convergente-divergente, exterior al primer conducto (1), definiendo entre ambos una conducción anular de paso del flujo secundario, incorporando una pluralidad de álabes direccionales de unión entre el primer conducto (1) y el segundo conducto (9).

2a. AEROGENERADOR CON TURBINA DE REACCIÓN HORIZONTAL, según la 1a reivindicación, caracterizado por que la fijación del primer conducto (1) a la ojiva central (3) se lleva a cabo por medio de unos primeros álabes direccionales (2) presentes en la parte anterior convergente y unos segundo alabes direccionales (6) dispuesto en la parte posterior divergente, quedando entre ellos la turbina.

3a. AEROGENERADOR CON TURBINA DE REACCIÓN HORIZONTAL, según la 1a reivindicación, caracterizado por que la fijación del segundo conducto (9) al primer conducto (1) se lleva a cabo por una primera pluralidad de alabes direccionales (7) dispuestos en la parte anterior convergente y una segunda pluralidad de alabes direccionales (8) dispuestos en la zona cercana a la salida del primer conducto (1).

4a. AEROGENERADOR CON TURBINA DE REACCIÓN HORIZONTAL, según las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que la segunda serie de alabes direccionales (6) y la segunda pluralidad de alabes direccionales (8) presentan un ángulo de inclinación favorable a la rotación del flujo de aire entre 60° y 70°.

5a. AEROGENERADOR CON TURBINA DE REACCIÓN HORIZONTAL, según la 1a reivindicación, caracterizado por que el primer conducto (1), de paso del flujo principal de aire, queda desplazado, hacia adelante, respecto del segundo conducto (9).

6a. AEROGENERADOR CON TURBINA DE REACCIÓN HORIZONTAL, según la 1a reivindicación, caracterizado por que la sección de la conducción anular que definen entre el primer conducto (1) y el segundo conducto (9) se reduce progresivamente desde su entrada hasta el final del primer conducto (1), incrementando la velocidad del flujo secundario que pasa por este.

7a. AEROGENERADOR CON TURBINA DE REACCIÓN HORIZONTAL, según la 1a reivindicación, caracterizado por que el flujo secundario se mezcla con el flujo principal respecto de la sección más estrecha del segundo conducto (9).

8a. AEROGENERADOR CON TURBINA DE REACCIÓN HORIZONTAL, según la 1a reivindicación, caracterizado por que el ángulo máximo de la zona divergente del primer y segundo conductos (1 y 9) es menor de 7°.

9a. AEROGENERADOR CON TURBINA DE REACCIÓN HORIZONTAL, según la 1a

reivindicación, caracterizado por que en la zona de salida del segundo conducto (9) se puede acoplar una hélice (23) al eje central (5) de la turbina.

10a. AEROGENERADOR CON TURBINA DE REACCIÓN HORIZONTAL, según la 1a reivindicación, caracterizado por que en la superficie exterior del segundo conducto (9) 5 se ubican unas veletas estabilizadoras (10) para orientar el aerogenerador en la dirección del viento.

11a. AEROGENERADOR CON TURBINA DE REACCIÓN HORIZONTAL, según la ia reivindicación, caracterizado por que en la parte inferior del segundo conducto (9) tiene un soporte base (11) con un compartimiento donde se alojará un sistema de acoplamiento 10 (25) de rodamientos y contactos eléctricos móviles, al cual se acoplará una torre ó mástil.