DE MANDO

Campo Técnico de la Invención

La presente invención está relacionada con las energías renovables, más particularmente con la energía producida por acción del viento o energía eólica, más particularmente aun se vincula con aerogeneradores con sustentación de orientación vertical sin eje de mando.

Estado de la Técnica

En la actualidad, los grandes aerogeneradores son en su mayoría de eje horizontal mientras que los equipos de eje vertical no se han hecho masivos por tener un menor rendimiento del uso de la energía eólica presentando un mayor costo.

Se debe tener en cuenta que los rotores eólicos verticales son conocidos, en particular los rotores de álabes verticales son conocidos, y las estructuras de soporte en torre verticales también son conocidas.

En particular, en los documentos CN108644066A, CN209569123U,

EP3460235A1 , US2019003452A1 , W02019023005A1 , US2020072190A1 y

KR102072329B1 se hace referencia a distintos tipos de turbinas eólicas de eje vertical (VAWT) central.

Del mismo modo, el documento US2006222483A1 hace referencia a una turbina eólica de eje vertical mejorada para accionar un generador, y más particularmente para una turbina de este tipo que incluye un rotor que tiene una configuración de pala de rotor mejorada para una mayor velocidad de rotación y potencia de salida. El generador de turbina eólica de eje vertical incluye un rotor que tiene un par de placas terminales en forma de disco montadas en una disposición paralela espaciada para girar alrededor de su eje común en un eje central. Un par de palas del rotor se montan y se extienden entre las placas finales en una relación generalmente opuesta entre sí y están separadas del eje central. Cada pala de rotor tiene generalmente una forma de cuchara o cucharón, que incluye un primer segmento sustancialmente semicircular generalmente arqueado, y un segundo segmento generalmente arqueado curvado en una dirección inversa. El primer segmento tiene un radio R, y el segundo segmento tiene un radio sustancialmente más largo en un rango de 2R a 3R. La turbina también incluye un estator que consiste en un par de placas terminales dispuestas generalmente paralelas y superpuestas a las placas terminales del rotor. Una pluralidad de álabes del estator está dispuesta en una matriz anular alrededor y adyacente al rotor para concentrar o comprimir la masa de aire en movimiento, o el viento, y para redirigir el viento en contacto con las palas del rotor en movimiento en un lado de la turbina y para desviar el viento en el lado opuesto de manera convencional. Esta configuración atrapa efectivamente el aire comprimido por los álabes del estator sobre un ángulo sustancial de rotación del rotor, extrayendo así más energía de la masa de aire en movimiento. Al mismo tiempo, a medida que el rotor continúa girando, el segundo segmento curvo invertido o "mango" de la cuchilla en forma de cucharón continúa dirigiendo el aire en movimiento hacia el primer segmento, mientras el aire ingresa al rotor en el siguiente lado del revés. Se permite que la parte curva del mango pase a través del rotor sin ofrecer resistencia a la rotación.

El documento WO2015178788A1 se refiere a instalaciones de aerogeneradores de tipo vertical. Una instalación de energía eólica contiene una estructura de soporte de carga en forma de un marco tridimensional que tiene montados en el mismo dos rotores, capaces de contrarrotar, con ejes verticales que están unidos a las costillas de rigidez del marco, y también tomas de viento lateral y un deflector de viento central que se enfrenta a los rotores. El marco está conectado a una plataforma de soporte que consiste en un riel en forma de anillo con un disco de metal colocado en el centro del mismo, estando el deflector de viento central unido de manera giratoria a dicho disco. Las tomas de viento laterales están provistas de ruedas para deslizarse a lo largo del anillo. Una nervadura vertical del deflector de viento central está conectada, por medio de barras de tracción, a los puntos de unión de nervaduras de rigidez vertical que interconectan una viga inferior trasera y una viga superior trasera de la estructura en los puntos donde los ejes del rotor están unidos a las vigas. La instalación de energía eólica está provista de una unidad de control que está conectada eléctricamente a un dispositivo para determinar la velocidad y dirección del viento, a motores eléctricos que tienen un engranaje reductor para rotar las ruedas, a un engranaje reductor de un generador eléctrico y también a mecanismos para subir y bajar la tela de la vela a partir de la cual se hacen lienzos de las palas de los rotores, tomas de viento y deflector de viento.

Asimismo, en el documento KR20130109686A se proporciona un método para conectar un anillo de cubierta a un eje central en un rotador de un generador de energía eólica vertical para mantener la fuerza rotatoria de un rotador sin dañar un eje central conectado al rotador. El método se puede aplicar para conectar un anillo de cubierta a un eje central en un rotor de un generador de energía eólica vertical que comprende un eje central del generador de energía, un resorte y un rotor. El resorte está conectado al eje central. El rotor está conectado al resorte con una cubierta, un eje y una cuchilla.

El documento FR2983537A1 se refiere a una máquina eólica-hídrica constituida por una turbina cónica útil para para accionar un generador de corriente o una bomba de elevación hidráulica, y múltiples palas orientadas cónicamente hacia un eje de rotación central. Las cuchillas se colocan completamente en un marco. La turbina se instala en una posición horizontal o vertical, de modo que la turbina funciona sin recurrir a energía auxiliar para la rotación durante un proceso de arranque. Un extremo de cada pala se fija en un deflector cónico que dirige un flujo dentro de la turbina. Se instala un aro en las cuchillas a intervalos regulares.

Por lo tanto, es deseable contar con un generador eólico simple con pocas partes móviles, con ningún mecanismo de control de orientación según la dirección del flujo del viento y con la posibilidad de permitir el diseño de grandes equipos con diámetros del orden de los 300 metros.

Resumen de la Invención Es por lo tanto, el objeto de la presente invención un aerogenerador con sustentación de orientación vertical sin eje de mando que comprende un arreglo de al menos una jaula esencialmente cilindrica giratoriamente montada alrededor de un eje virtual que comprende una pluralidad de perfiles alares verticales sustancialmente equidistantes anclados en anillos dispuestos paralelamente, en donde dichas jaulas son capaces de circular a través de medios de deslizamiento por guías perimetrales estáticas vinculadas a al menos una torre por donde se trasladan los perfiles alares en rotación con el centro de la guía coincidiendo con su eje virtual, guiando y recibiendo las cargas radiales y verticales dejando el grado de libertad tangencial.

Preferentemente, la al menos una torre del aerogenerador está materializada en un ordenamiento de monocolumna.

Alternativamente, la al menos una torre del aerogenerador está materializada en un ordenamiento de varias columnas.

En forma preferida, las varias columnas de la torre son independientes o están vinculadas entre sí.

Particularmente, la al menos una torre es metálica, de hormigón armado, o combinaciones de los mismos.

También preferentemente, los medios de deslizamiento son medios mecánicos seleccionados de un perfil en U deslizablemente montado sobre una guía fija, un conjunto de ruedas que deslizan dentro de una guía en U fija, y un conjunto de ruedas que presentan un surco perimetral que apoya sobre una guía fija.

En forma alternativa, los medios de deslizamiento son medios magnéticos de tal forma que los soportes de los perfiles móviles comprenden imanes cuyos polos se encuentran enfrentados con los polos del mismo tipo de imanes montados sobre las guías perimetrales estáticas.

Más preferentemente, se dispone la aplicación de un generador o de varios generadores eléctricos de tecnología perimetral sobre un sistema guía para obtener energía. Más preferentemente aun, los perfiles alares están fraccionados en etapas y estas etapas están destazadas entre sí un cierto ángulo con el fin de lograr un torque resultante más uniforme.

Todavía más preferentemente, el torque generado por la sumatoria de fuerzas tangenciales que producen los perfiles alares al rotar alrededor del eje virtual puede ser tomado por la corona inferior y transmitido al uno o varios generadores eléctricos.

Breve Descripción de las Figuras

La Figura 1 es una vista en perspectiva de un aerogenerador con sustentación de orientación vertical sin eje de mando según una forma preferida de realización de la presente invención.

La Figura 2 es una vista en perspectiva de una forma preferida de realización de una jaula esencialmente cilindrica comprendida en el aerogenerador de la Figura 1 , que comprende una pluralidad de perfiles alares verticales sustancialmente equidistantes anclados en anillos dispuestos paralelamente.

La Figura 3 es una vista en perspectiva de una forma preferida de realización de una torre constituida por una pluralidad de aerogeneradores según la Figura 1 .

La Figura 4 es una vista en perspectiva de una forma preferida de realización de una pluralidad de jaulas esencialmente cilindricas superpuestas y comprendidas en el aerogenerador de la Figura 3, que comprende una pluralidad de perfiles alares verticales sustancialmente equidistantes anclados en anillos dispuestos paralelamente en cada jaula.

La Figura 5 es una vista en corte de una forma preferida de realización del conjunto de guía perimetral estática y soporte de perfil móvil mediante el cual se vincula la jaula con la torre del aerogenerador con sustentación de orientación vertical sin eje de mando de la Figura 1 .

La Figura 6 es una vista en corte y perspectiva de un detalle de una forma preferida de realización del conjunto de guía perimetral estática y soporte de perfil móvil mediante el cual se vincula la jaula con la torre del aerogenerador de la Figura 1 por medio de sustentación magnética.

La Figura 7 es una vista en corte del conjunto de guía de la Figura 5, en donde se muestra la aplicación de uno o varios generadores eléctricos de tecnología perimetral sobre un sistema guía para obtener energía.

Descripción Detallada del Invento

El objetivo de la invención es, entonces, aerogeneradores de sustentación vertical con pocos elementos móviles mejorando la relación de costo por unidad de potencia generada por la máquina respecto a la técnica usada hasta la actualidad.

En particular, la solución propuesta mendiante esta invención mejora significativamente la ecuación de inversión por cada watt generado, volviendo atractivo el empleo de máquinas de generación eólica con sistema vertical.

Por lo tanto, la presente invención se refiere a un aerogenerador de sustentación de orientación vertical sin eje de mando, para aplicación en equipos de grandes dimensiones, brindado una solución con pocas partes móviles (ver Figura 4).

Es, entonces, el objeto de la presente invención un aerogenerador con sustentación de orientación vertical sin eje de mando que comprende un arreglo de al menos una jaula esencialmente cilindrica giratoriamente montada alrededor de un eje virtual que comprende una pluralidad de perfiles alares (1) verticales sustancialmente equidistantes anclados (5) en anillos dispuestos paralelamente, en donde dichas jaulas son capaces de circular a través de medios de deslizamiento por guías perimetrales estáticas (2) vinculadas a al menos una torre (3) por donde se trasladan los perfiles alares (1 ) en rotación con el centro de la guía coincidiendo con su eje virtual (6), guiando y recibiendo las cargas radiales y verticales dejando el grado de libertad tangencial.

Particularmente, la al menos una torre (3) está materializada en un ordenamiento de monocolumna, o en un ordenamiento de varias columnas, en donde las varias columnas son independientes o están vinculadas entre sí. Asimismo, la al menos una torre (3) es metálica, de hormigón armado, o combinaciones de los mismos.

En las Figuras 1 y 2 se puede observar un arreglo de una jaula esencialmente cilindrica giratoria alrededor de un eje virtual y que comprende los perfiles alares (1) sustancialmente verticales, en donde dicha jaula se desplaza por medio de guías perimetrales estáticas (2) vinculadas a la torre (3).

Preferentemente, los soportes (4) de los perfiles alares (2) comprenden imanes para guiar y recibir las cargas radiales y verticales, dejando el grado de libertad tangencial.

Preferentemente, los medios de deslizamiento son medios mecánicos seleccionados de un perfil en U deslizablemente montado sobre una guía fija, un conjunto de ruedas que deslizan dentro de una guía en U fija, y un conjunto de ruedas que presentan un surco perimetral que apoya sobre una guía fija.

Además, los perfiles alares (1) pueden estar fraccionados en etapas y estas etapas están destazadas entre sí un cierto ángulo con el fin de lograr un torque resultante más uniforme.

Los detalles descriptivos del conjunto de guías perimetrales estáticas (2) y soportes de perfiles móviles (4) se pueden observar detalladamente en el corte de la Figura 5.

En forma alternativa, los medios de deslizamiento son medios magnéticos de tal forma que los soportes (4) de los perfiles alares (1 ) móviles comprenden imanes cuyos polos se encuentran enfrentados con los polos del mismo tipo de imanes montados sobre las guías perimetrales estáticas (2).

En la Figura 6 se muestra un detalle de un corte en perspectiva donde se puede observar un anillo magnético (8) de una jaula esencialmente cilindrica giratoriamente montada alrededor de un eje virtual que comprende una pluralidad de perfiles alares (1 ) aerodinámicos sustancialmente equidistantes anclados (5) en el anillo magnético (8), en donde dicho anillo magnético (8) está giratoriamente montado sobre una guía perimetral estática (10) magnética vinculada a una torre (3), cuya estructura comprende rayos conectores (9) de sustentación.

Asimismo, en dicho aerogenerador se dispone la aplicación de un generador o varios generadores eléctricos de tecnología perimetral sobre un sistema guía (7) para obtener energía (ver Figura 7).

De esta forma, el torque generado por la sumatoria de fuerzas tangenciales que producen los perfiles alares al rotar alrededor del eje virtual puede ser tomado por la corona inferior y transmitido al uno o varios generadores eléctricos para generar energía.