PARA AEROGENERADORES DE EJE VERTICAL

Objeto de la invención

La invención se refiere a un sistema de captación de energía eólica, entendiendo como tal un artefacto que recibe la energía del viento para hacer rotar un eje con la finalidad de transformar la energía eólica en energía eléctrica, para aerogeneradores de eje vertical que permite controlar su resistencia al paso del viento variando su geometría sin elementos de transmisión mecánicos con el objeto de maximizar su rendimiento en cada instante.

Antecedentes de la invención

En el actual estado de la técnica existen múltiples sistemas de captación para aerogeneradores de eje vertical de geometría variable.

Pese a que el objetivo que se persigue es el mismo, todos los dispositivos presentes en el actual estado de la técnica consisten en palas móviles accionadas por elementos mecánicos de accionamiento y transmisión. Es decir, todos ellos poseen algún tipo de unión física entre el sistema motriz y el elemento móvil de captación de viento.

Algunos ejemplos de esta tecnología pueden observarse en documentos como el ES-2303490 o el U-200400049, que permite voltear las palas mediante un accionamiento mecánico variando así la geometría del elemento de captación. No obstante, esta tecnología únicamente permite un control todo o nada, es decir, las palas se voltean bruscamente entre la posición vertical y horizontal, lo que impide ningún control para fijarlas en posiciones intermedias. Otro ejemplo es el que aparece en el documento U-200601576, donde se aprecia que las palas móviles se accionan mediante un motor eléctrico y un sistema de transmisión mecánico.

Es decir, ningún dispositivo actual permite reorientar el elemento de captación de viento de forma progresiva y continua para optimizar el ángulo de incidencia frente al viento en todo momento sin emplear elementos mecánicos para tal fin.

Por otro lado, se observa que todos los sistemas de captación de geometría variable actuales se basan en palas planas rectangulares o levemente curvadas. Todos los sistemas actuales que se basan en turbinas tipo Pelton (sistema de captación de tipo cuchara con forma de cavidad) no permiten variar la geometría del sistema de captación.

Descripción de la invención

El objeto de la invención consiste en gobernar el movimiento de los elementos móviles del sistema de captación, también conocidos como lamas, sin ningún contacto físico, es decir, sin ningún tipo de transmisión mecánica. Además se permite seleccionar la posición exacta de las lamas en cada instante o desconectar selectivamente las que sean necesarias para regular la velocidad de giro del rotor del aerogenerador de eje vertical.

El mecanismo de orientación de las lamas se activa únicamente durante 180° de una vuelta completa del rotor del aerogenerador (es decir, media vuelta), tiempo durante el que se selecciona la orientación de cada lama. Durante el resto de un giro completo del rotor, los 180° restantes, el mecanismo de posicionamiento se apaga y las lamas se reorientan por sí solas perpendiculares a la dirección del viento aprovechando el efecto veleta y ofreciendo la mínima resistencia al paso del viento, lo que supone una gran ventaja en cuanto a optimización energética, aerodinámica (ya que no son necesarios elementos de transmisión físicos expuestos al viento) y velocidad de respuesta del sistema.

La invención se caracteriza fundamentalmente porque:

-Comprende una pareja de elementos aerodinámicos de geometría fija, conocidos como palas, que componen la estructura del sistema de captación de viento y lo dotan del efecto cuchara generando una cavidad donde alojar las lamas.

-Comprende un conjunto de elementos aerodinámicos móviles, conocidos como lamas, que componen el sistema de geometría variable de captación de viento.

-Comprende un sistema de orientación electromagnético de las lamas.

Descripción de los dibujos

Para comprender mejor el objeto de la presente invención, se representa en los planos del presente documento una forma preferente de realización práctica, susceptible a cualquier futura modificación que no desvirtúe su fundamento, a modo de ejemplo ilustrativo y no limitativo.

La figura 1. - Muestra una representación general de realización práctica preferente del elemento de captación de geometría variable.

La figura 2. - Muestra uno de los elementos móviles de captación de viento, también conocido como lama.

La figura 3. - Muestra una vista lateral el sistema de captación de viento.

La figura 4. - Muestra la estructura interna de la invención, así como el sistema de transmisión electromagnético.

La figura 5. - Muestra uno de los platos soporte para electroimanes. La figura 6. - Muestra una vista en planta de un ejemplo de aerogenerador de eje vertical con varios elementos de captación de viento de geometría variable.

La figura 7. - Muestra un ejemplo de rotor de aerogenerador de eje vertical con el sistema de captación objeto de la presente invención.

Realización práctica preferente de la invención

Como puede observarse en el diseño de realización práctica preferente reflejado en la figura 1, la invención consiste en un elemento de captación de viento de geometría variable que comprende una pareja de palas aerodinámicas horizontales, (2) y (3), que alojan entre ellas una serie de aletas o lamas, (4), (5), (6), (7) y (8), capaces de pivotar o rotar verticalmente. Toda la estructura puede fijarse por un extremo a un rotor de un aerogenerador de eje vertical gracias a una pieza soporte (1) con orificios para tornillos de fijación.

En la figura 2 se muestra una de las lamas o aleteas móviles. Se trata de una aleta con perfil aerodinámico que posee un orificio (11) en su parte central que permite introducir un eje en su interior para que pueda rotar o pivotar sobre sí misma. En los extremos superiores, se encuentran dos discos, (9) y (10), que pueden ser de un metal ferro magnético o imanes permanentes de neodimio. Se puede apreciar también que los filos de la lama, (37) y (38), están levemente curvados, hecho que permite que se comporte como una veleta cuando se desconecta el sistema de orientación y se le permite el giro libre gracias a la acción del viento, dado que la superficie de las dos mitades de la lama, con respecto a su eje, no son iguales.

En la figura 3 se observa una vista lateral del conjunto en el instante en que todas las lamas están orientadas perpendicularmente a la dirección del viento, es decir, ofreciendo la máxima resistencia posible al avance del viento. Puede observarse que gracias a la geometría de los elementos, el conjunto forma una cavidad similar a una "U". Se aprecia que el flujo de aire incidente por la izquierda encuentra la obstrucción del conjunto lamas-palas y se ve obligado a retroceder, disminuyendo notablemente la velocidad del viento y aumentando la presión que este ejerce sobre las lamas.

Pese a que la figura representa la situación de máxima resistencia al viento con las lamas orientadas a 90 grados respecto al viento, el "efecto cavidad" está presente durante el giro completo del captador de viento en todas sus posiciones intermedias.

En la figura 4 se representa la estructura interna. Destacan dos vigas, (12) y (13), que definen la estructura y que están empotradas en el soporte (1). Sobre estas vigas, hay una serie de soportes, (20), (21), (22), (23) y (24), para alojar rodamientos para ejes, permitiendo así fijar las lamas con la posibilidad de que roten sobre sí mismas. El conjunto posee además una serie de platos, (15), (16), (17), (18), y (19), que tienen la función de alojar electroimanes para gobernar el giro de las lamas.

La figura 5 muestra en detalle uno de los platos para alojar electroimanes. Se aprecia que posee un orificio (39) en su parte central que sirve para alojar un rodamiento para el extremo superior del eje de una lama. En su periferia, se encuentran una serie de electroimanes, (25), (26), (27), (28), (29) y (30).

En la figura 6 se observa una vista en planta de un ejemplo de un aerogenerador de eje vertical con varios elementos de captación de viento como los anteriormente descritos. El ejemplo posee 6 elementos de captación, (31), (32), (33), (34), (35) y (36), con tres lamas cada uno, ubicados a distinta altura y fijados a un rotor. El viento incidente debe bifurcarse cuando se aproxima al aerogenerador: -Por el lado derecho, al encontrarse las lamas en posición aerodinámica de mínima resistencia al avance del viento, puede continuar sin apenas verse modificado ni en dirección, presión o velocidad, ya que puede circular libremente a través de las cavidades entre las lamas y las palas.

-Contrario a esto, el flujo que toma el lado izquierdo encuentra una gran resistencia al avance al encontrarse las lamas en su posición de máxima resistencia al viento, cerrando así las cavidades entre lamas contiguas. Este efecto obliga al aerogenerador a rotar sobre sí mismo.

En la figura 7 se muestra un ejemplo de rotor de aerogenerador de eje vertical dotado del sistema de captación objeto de la presente invención. Se aprecia que el sistema posee tres parejas de captadores, (41) y (42), (43) y (44), (45) y (46), ubicados en tres alturas y acopladas a un mismo cuerpo o estructura central (47). Tal y como se aprecia en el dibujo, los elementos de captación abrazan a la estructura central con el mayor ángulo posible con el fin de repartir mejor las cargas, pudiendo llegar incluso a ángulos 180°, lo que implicaría que dos elementos de captación compartirían el elemento de fijación a la estructura central.

A continuación se describe resumidamente el funcionamiento de la invención en su modo de fabricación preferente.

Para permitir que las lamas, (4), (5), (6), (7) y (8), se encuentren en todo momento orientadas tanto en posición máxima oposición al avance del viento (durante 180° de una vuelta completa) como en posición de mínima oposición (los otros 180° de una vuelta completa) se activan mediante una señal eléctrica los electroimanes que más convengan en cada instante en cada plato, (15), (16), (17), (18) y (19), mediante un sistema de control eléctrico o electrónico que toma como valor de referencia el proporcionado por una veleta (48).

Activando éstos por parejas, por ejemplo (25) y (28), se permite que dicha pareja de electroimanes atraiga hacia sí los dos discos, (9) y (10), que posee la lama ubicada bajo el plato que contiene dichos electroimanes. De esta forma se permite el giro de la lama hasta la posición deseada y se queda fija en esa posición hasta que se active otra pareja de electroimanes o se libere el giro (apagando todos los electroimanes del plato que hay sobre la lama en cuestión).

Para transmitir las señales eléctricas pertinentes al sistema, puede emplearse cualquier sistema, como por ejemplo una catenaria o un sistema de escobillas.