Aerogeneradores de eje vertical

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Los aerogeneradores de eje vertical son un tipo de turbina eólica en la que las palas del rotor giran alrededor de un eje vertical. A diferencia del diseño común en forma de abanico que se ve en los aerogeneradores de eje horizontal, las palas de los aerogeneradores de eje vertical suelen tener forma de espiral o de H.

Aunque los aerogeneradores de eje horizontal son los más conocidos, los de eje vertical son los más antiguos. Sencillos pero robustos, los aerogeneradores de eje vertical son un invento persa que se remonta al siglo VII.

Los aerogeneradores producen electricidad a partir de la energía cinética del viento. Al girar los rotores, generan corriente eléctrica. Cuando se conectan directamente a la red eléctrica o se integran con unidades de almacenamiento de energía, se convierten en proveedores de energía autónomos limitados únicamente por el viento.

Los aerogeneradores de eje vertical Savonius utilizan el principio de resistencia al flujo de los rotores. La presión dinámica del viento contra las palas crea un efecto de arrastre que empuja a las palas a girar. Por ello, los rotores Savonius nunca se mueven más rápido que la velocidad del viento.

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Los aerogeneradores de eje vertical son turbinas eólicas cuyos rotores giran alrededor de un eje vertical con palas orientadas verticalmente. Producen electricidad utilizando la energía eólica del mismo modo que los aerogeneradores de eje horizontal: el viento hace girar el rotor, la rotación se conecta al generador y éste convierte la energía mecánica en electricidad.

Considerados actualmente como un producto para un nicho de mercado, los aerogeneradores de eje vertical son, de hecho, los primeros registrados. El uso de estos modelos mecánicos se remonta a la época persa, en el siglo VII, para la molienda y el bombeo. En 1887, el ingeniero eléctrico y académico escocés James Blyth construyó uno de los primeros aerogeneradores de generación de electricidad de los que se tiene constancia, utilizando también la estructura de eje vertical.

La particularidad de los aerogeneradores de eje vertical es la variedad de diseños posibles -palas, estructuras, formas- que determinan el principio de funcionamiento, el rendimiento y las aplicaciones. Los aerogeneradores de eje vertical tienen muchas formas, pero técnicamente pueden clasificarse en dos grupos en función de sus principios de funcionamiento:

turbina eólica de eje vertical

donde es la densidad del aire, la velocidad del viento, etiqueta las palas, es el coeficiente de arrastre, es un posible paso desplazado de las palas, es el radio, es el número de palas, y es la componente tangencial del coeficiente de sustentación y arrastre,

Dados los datos de la Tabla 1, que corresponden a la turbina descrita en [8, 9] (Figura 1), la fuerza de empuje y el par motor se muestran en la Figura 2. Además de la turbina de referencia de tres palas, se muestran también los casos de dos y cuatro palas. La velocidad del viento utilizada aquí es de m/s, que es una velocidad nominal de supervivencia realista de esta turbina. Esto implica un número de Reynolds de aproximadamente para la turbina de tres palas, en la que la longitud de la cuerda es cercana a 1 m. El radio (

) 140 Vs Tabla 1 Datos de un rotor H de 200 kW con accionamiento directo.Figura 2 Fuerza de empuje y par de la turbina estacionada en caso de tormenta (velocidad del viento 70 m/s). La solidez es constante en esta comparación y el paso de las palas es nulo. El número de Reynolds es

donde es el ángulo de la turbina, es el ángulo del generador, es el par por velocidad angular debido al generador en cortocircuito y es el momento de inercia del generador. En lo que sigue utilizamos los datos de la tabla 1 para los cálculos. En cuanto a los datos del generador, éstos corresponden al generador descrito en [8]. Para el cálculo se puede utilizar un modelo de circuito simplificado para el generador síncrono, en el que se desprecia la contribución de la reactancia interna a la impedancia del circuito debido a la lentitud de la revolución. La potencia absorbida en el generador es entonces , donde es el par directo en el generador, la tensión en vacío y la resistencia interna. La tensión en vacío, es proporcional a la velocidad angular, . Como , la dependencia de la frecuencia angular se anula y

ventajas e inconvenientes de los aerogeneradores de eje vertical

Una turbina eólica de eje vertical (VAWT) es un tipo de turbina eólica en la que el eje del rotor principal está colocado transversalmente al viento (pero no necesariamente en vertical) mientras que los componentes principales están situados en la base de la turbina. Esta disposición permite que el generador y la caja de engranajes estén situados cerca del suelo, lo que facilita el servicio y la reparación. Las VAWT no necesitan estar orientadas hacia el viento,[1][2] lo que elimina la necesidad de mecanismos de detección y orientación del viento. Los principales inconvenientes de los primeros diseños (Savonius, Darrieus y giromill) eran la importante variación del par o “ondulación” durante cada revolución y los grandes momentos de flexión de las palas. Los diseños posteriores solucionaron el problema de la ondulación del par barriendo las palas helicoidalmente (tipo Gorlov)[3] Los aerogeneradores de eje vertical Savonius (VAWT) no están muy extendidos, pero su simplicidad y mejor rendimiento en

Un aerogenerador de eje vertical tiene su eje perpendicular a las líneas de corriente del viento y vertical al suelo. Un término más general que incluye esta opción es “turbina eólica de eje transversal” o “turbina eólica de flujo cruzado”. Por ejemplo, la patente original de Darrieus, la patente estadounidense 1835018, incluye ambas opciones.

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