AEROGENERADORES DE EJE VERTICAL (2) listo para la wiki

INTRODUCCIÓN HISTÓRICA ENERGÍA EÓLICA
Un molino es una maquina que transforma el viento en energía aprovechable,
que proviene de la acción de la fuerza del viento sobre unas aspas oblicuas
unidas a un eje común. El eje giratorio puede conectarse a varios tipos de
maquinaria para moler grano, bombear agua o generar electricidad. Cuando
el eje se conecta a una carga, como una bomba, recibe el nombre de molino
de viento. Si se usa para producir electricidad se le denomina generador de
turbina de viento. Los molinos tienen un origen remoto.
La referencia mas antigua que se tiene es un molino de viento que fue usado
para hacer funcionar un órgano en el siglo I era común. Los primeros molinos
de uso práctico fueron construidos en Sistan, Afganistán, en el siglo VII.
Estos fueron molinos de eje vertical con hojas rectangulares. Aparatos
hechos de 6 a 8 velas de molino cubiertos con telas fueron usados para
moler cereales o extraer agua.
En Europa los primeros molinos aparecieron en el siglo XII en Francia e
Inglaterra y se distribuyeron por todo el continente. Eran unas estructuras
de madera, conocidas como torres de molino, que se hacían girar a mano
alrededor de un poste central para levantar sus aspas al viento. El molino
de torre se desarrollo en Francia a lo largo del siglo XIV. Consistía en una
torre de piedra coronada por una estructura rotativa de madera que
soportaba el eje del molino y la maquinaria superior del mismo.
Estos primeros ejemplares tenían una serie de características comunes. De
la parte superior del molino sobresalía un eje horizontal. De este eje partían
de cuatro a ocho aspas, con una longitud entre 3 y 9 metros . Las vigas de
madera se cubrían con telas o planchas de madera. La energía generada por
el giro del eje se transmitía, a trabes de un sistema de engranajes, a la
maquinaria del molino emplazada en la base de la estructura. Los molinos de
eje horizontal fueron usados extensamente en Europa Occidental para
moler trigo desde 1180 en adelante. Basta recordar los ya famosos molinos
de viento en las andanzas de Don Quijote. Todavía existen molinos de esa
clase, por ejemplo, en Holanda.
Las energías renovables son unas de las alternativas de futuro que están
ganando más peso en la actualidad, en cuanto a la obtención de energía
“limpia” se refiere. En este ámbito son muchas las investigaciones que se
llevan a cabo, y muchas las ramas por las que se puede seguir, desde la
energía mareomotriz hasta la enigmática fusión nuclear. En este caso vamos
a tratar de conocer algo mejor la energía proveniente de un recurso natural
abundante, y unas de las formas de obtención de energía con menor
repercusión en el medio ambiente, es el caso de la energía eólica. Esta se
puede abordar desde dos focos, los aerogeneradores de eje horizontal y los
de eje vertical. Los de eje horizontal son mucho más comunes, aunque los de
eje vertical comienzan a ganar terreno, por ello, trataremos de profundizar
en ese tema.
AEROGENERADORES DE EJE VERTICAL
Los aerogeneradores de eje vertical tienen la ventaja de adaptarse a
cualquier dirección de viento y por ello se les llama penémonos (todos los
vientos). No precisan dispositivos de orientación; trabajan por la diferencia
de coeficiente de arrastre entre las dos mitades de la sección expuesta al
viento. Esta diferencia de resistencia al viento hace que el rotor sea
propenso a girar sobre su eje en una dirección específica. A excepción del
rotor Darrieus, los aerogeneradores de eje vertical operan con vientos de
baja velocidad donde difícilmente superan las 200[RPM]. Se emplean para
generar potencias que van de los 200[W] a los 4[MW].
Otra particularidad de estos aerogeneradores es que son mucho más fácil
de reparar pues todos los elementos de transformación de la energía del
viento se encuentran a nivel de suelo.
El inconveniente de este tipo de turbinas es que el eje no se ubica a mucha
altura y las velocidades del viento disminuyen al llegar al suelo por efecto de
la rugosidad del mismo.
MODELO SAVONIUS
El modelo de rotor Savonius es el más simple. Consiste en un cilindro hueco
partido por la mitad, en el cual su dos mitades han sido desplazadas para
convertirlas en una S.
Las partes cóncavas de la S captan el viento, mientras que los reversos
presentan una menor resistencia al viento, por lo que girarán en el sentido
que menos resistencia ofrezcan. Este sistema tiene el inconveniente de
presentar una sobre presión en el interior de las zonas cóncavas al no poder
salir el aire, perjudicando el rendimiento; el sistema queda mejorado
separando ambas palas y dejando un hueco entre ambas para que se exista
un flujo de aire.
Debido a la gran resistencia al aire que ofrece este tipo de rotor, sólo
puede ser utilizado a bajas velocidades. El uso para generación de energía
eléctrica precisaría de multiplicadores de giro que reducirían el
rendimiento.
MODELO DARRIEUS
Este modelo es el más popular de los aerogeneradores de eje vertical. Nace
por la necesidad de evitar la construcción de hélices sofisticadas como las
que se utilizan en los aerogeneradores de eje horizontal. Permite mayores
velocidades que las del rotor Savonius, pero no alcanza a las de un rotor de
eje horizontal.
El rotor Darrieus consta de unas finas palas con forma de ala de avión
simétricas, que están unidas al eje sólo por los dos extremos, con una curva
especial diseñada para un máximo rendimiento entre las dos uniones del eje.
El modelo de curva más utilizado es el denominado Troposkien, aunque
también se utiliza la catenaria.
Como los otros aerogeneradores de eje vertical, el Darrieus no necesita de
un sistema de orientación. Esta característica de captación omnidireccional
le permite ser instalado en cualquier terreno sin necesidad de levantar altas
torres, lo cual se traduce en un ahorro sustancial. Al poseer una forma
parecida a una cuerda para saltar, hace que los alerones del Darrieus
experimenten una fuerte fuerza centrífuga. Al trabajar en pura tensión
hace que los alerones sean simples y económicos.
Este rotor presenta el problema que no puede arrancar por sí
mismo,teniendo que emplearse un sistema de arranque secundario, aunque
una vez en marcha es capaz de mantenerse gracias a la aerodinámica de sus
palas. Muchas veces se aplica al diseño de este aerogenerador, rotores
Savonius para facilitar su partida. La otra forma es usar un sistema
eléctrico para la partida. Usualmente se ocupa un generador de inducción
conectado a la red.
Una vez que el Darrieus se encuentra en velocidad de operación empieza a
otorgar potencia.
MODELO DARRIEUS TIPO H Ó GIROMILL
La patente de Darrieus también cubrió las turbinas con alerones verticales
de eje recto llamadas Giromills. Una variante del Giromill es la Cycloturbine,
con alerones orientados mecánicamente con el fin de cambiar el ángulo de
ataque.
MODELO WINSIDE
Este novedoso aerogenerador de eje vertical es un prototipo concebido por
la empresa finlandesa Windside. Esta tecnología relativamente nueva y
prometedora, con rendimientos similares a las aerogeneradores de eje
horizontal, es aplicada para abastecer medianos y pequeños consumos.
SISTEMAS DE CONTROL DE VELICIDAD
Uno de los grandes problemas de los aerogeneradores es su operación
frente a la aleatoriedad del estímulo otorgado por el viento. Este puede ser
muy fuerte o muy débil, constante o presentarse en forma de ráfagas. Las
exigencias climáticas que sufren los aerogeneradores son notables. Estos
problemas, y otros más, hacen que la conversión energética sea una tarea
compleja ya que las máquinas eléctricas necesitan algunas variables
constantes como la velocidad de giro del rotor, la cual está directamente
relacionada con la velocidad del viento.
Para lograr velocidad constante en el eje del generador se utilizan diversas
soluciones que van desde la intervención mecánica en la relación de
amplificación de RPM (caja de cambio) hasta la alteración del
comportamiento aerodinámico del aerogenerador frente al viento
(variación del ´ángulo de ataque de la aspas y diseño de pérdida
aerodinámica de las aspas).
Los más modernos aerogeneradores tienen sistemas de control mixtos que
involucran la variación del ´ángulo de ataque de las aspas y adicionalmente
sistemas de control sobres los parámetros eléctricos del generador. La idea
es que los métodos utilizados para controlar los aerogeneradores, tiendan a
aumentar al máximo la eficiencia y sobre todo que logren un control total y
efectivo de la operación del aerogenerador y su seguridad.
A continuación adjunto la ficha técnica de un ejemplar de ámbito doméstico,
muy útil para obtener un pequeño ahorro de energía sin necesidad de una
gran inversión.
Technical data VAWT ElvWiS III :
Material: Aluminum/galvanized steel
Weight: approx. 5.5 kg
Height: 80 cm
Diameter: 40 cm
Levels: 2
Building method: 4 half shells, for each 90° shifts, between three disks
Half shells: Height of 40 cm, width 37.5 cm, aluminum
Disks: Diameter 40 cm, aluminum
Connection parts: M5er screws/locknuts, galvanized
Axle: Length 90 cm, diameter 12 mm, galvanized
Extras: Stabilizing auxiliary lugs
Swept rotor area: 0.320 square meter
En conclusión podemos decir, que el aerogenerador de eje vertical es una
gran opción para instalar en aquellos sitios dónde no se goce de grandes
rachas de viento, ya que puede funcionar con poco viento y no requiere de
una gran inversión de dinero.