ES1141535U - Aerogenerador de eje vertical - Google Patents

Abstract

1. Aerogenerador de eje vertical, previsto para ser montado sobre una torre de altura variable, constituida por una estructura tubular instalable sobre una base de cimentación o cualquier otro lugar apropiado, pudiendo comprender tres o cuatro palas, se caracteriza porque las palas son de perfil alabeado, con sección alar simétrica con una cara plana y otra curva, estando dichas palas montadas de forma radial respecto del eje vertical del rotor, el cual presenta una sección constante respecto del eje XY, con un ángulo de ataque o de entrada del viento variable en cada punto del eje Z. 2. Aerogenerador de eje vertical, según reivindicación 1, caracterizado porque cada pala gira y se traslada a lo largo de la altura del rotor cuyo giro y traslado se efectúa a lo largo de 90º en rotores de cuatro palas y de 120º en rotores de tres palas. 3. Aerogenerador de eje vertical, según reivindicación 1, caracterizado porque el rotor incluye engranajes epicicloidales montados sobre el propio eje de giro. 4. Aerogenerador de eje vertical, según reivindicación 3, caracterizado porque los engranajes epicicloidales reciben la transmisión automáticamente, a través de un desplazamiento vertical del propio eje de transmisión.

Description

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03-07-2015

AEROGENERADOR DE EJE VERTICAL

DESCRIPCIÓN

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OBJETO DE LA INVENCIÓN

La presente invención se refiere a un aerogenerador de eje vertical, que puede incluir tres o

10 cuatro palas, siendo estas simétricas y con unas dimensiones en altura y ancho variables en función de la potencia eléctrica a desarrollar, incluyendo además una transmisión variable y automática del par mediante engranajes epicicloidales montados en el mismo eje del aerogenerador.

15 El aerogenerador se montará sobre una torre de altura variable con estructura tubular de fácil montaje y desmontaje para poder ser instalado en zonas altas tales como colinas, azoteas, terrenos elevados, tejados unifamiliares, etc., todo ello de manera tal que la torre se puede montar directamente sobre una cimentación, teniendo por finalidad generar energía e inyectarla a la red, o bien complementarse con un armario estanco con

20 acumuladores/baterías y la correspondiente instalación eléctrica para auto-abastecimiento.

ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN

25 Aunque son conocidos aerogeneradores de eje vertical, el rendimiento de los mismos no es el óptimo que sería de desear, presentando una estructura compleja, lo que da lugar a un constante mantenimiento, independientemente de las dificultades que presentan los aerogeneradores verticales para su montaje en determinadas zonas o lugares.

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DESCRIPCIÓN DE LA INVENCIÓN

El aerogenerador de eje vertical que se preconiza, presenta una serie de características innovadoras que vienen a resolver los problemas e inconvenientes que presentan los 35 aerogeneradores convencionales de eje vertical.

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Más concretamente, el aerogenerador de la invención se caracteriza porque las palas, que pueden ser tres o cuatro, son alabeadas y de sección alar simétrica, haciendo que el giro se produzca por el efecto del empuje del viento sobre la superficie plana del ala y por el efecto Bernoulli, similar al que sustenta a los aviones en vuelo, consiguiéndose este efecto por el flujo del aire que incide sobre la sección de la pala.

Dichos dos efectos hacen que el par y la velocidad aumenten, produciendo un efecto doble con un mayor rendimiento en la producción de energía.

Las palas van montadas de forma radial respecto del eje vertical con una sección fija, cada 90º en el caso de cuatro palas y 120º en el caso de tres palas, todo ello de manera tal que la pala gira y se traslada 90º o 120º a lo largo de la altura del rotor de forma simétrica, siendo la sección del rotor respecto al plano XY siempre la misma, pero con ángulo de ataque o de entrada del viento variable a lo largo del eje Z.

El grosor y anchura de las palas será variable y dependerá de la potencia que se pretenda obtener en el aerogenerador, pero siempre con una sección de forma alar simétrica.

Según la disposición y forma/diseño de las palas, y por supuesto del rotor, la incidencia del viento sobre dichas palas en cualquier dirección produce el ya comentado doble efecto de arrastre del rotor, con objeto de aumentar el par y la potencia del aerogenerador, de manera que ese doble efecto hace que siempre haya mas fuerzas de empuje resultantes a favor de la generación del par o momento torsor en el eje de fuerzas que contrarrestan ese momento.

El ratio de fuerzas que mueven el rotor frente a las que se oponen al movimiento es de 6 a 2, mayor que la gran mayoría de aerogeneradores de este tipo.

Entre las ventajas y prestaciones que ofrece el aerogenerador descrito, pueden citarse las siguientes:

-Aumento de la velocidad de rotación y del par de giro, produciendo una potencia eléctrica mayor que los aerogeneradores convencionales,

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debido al doble efecto de empuje (empuje directo sobre las palas y efecto Bernoulli por flujo del aire por las palas del rotor) así como por el diseño en la forma y colocación de las palas.

5 -Giros a velocidad de viento muy bajas, ya que la suma de los efectos que lo hacen girar provocan el arranque del giro a baja velocidad.

-Aprovechamiento máximo del par de giro a velocidades bajas del viento, gracias a la inclusión de unos engranajes tipo epicicloidales colocados en 10 el mismo eje de giro, que transmiten la relación entre velocidad de giro

par motor de forma automática según la velocidad.

-Sistema automático de transmisión de los engranajes mediante desplazamiento vertical del eje de transmisión gracias al diseño del rotor

15 que sustenta las palas, en forma de “hélice de helicóptero”, que sube y baja sin ningún mecanismo por efecto de la velocidad de giro y la forma de la sujeción de las propias palas, consiguiéndose con este sistema optimizar las relaciones de transmisión y aprovechar al máximo la velocidad del viento para producir la máxima energía en cada momento.

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-Conjunto ajustable a las necesidades de demanda, pudiendo instalarse el aerogenerador en torres o postes de alturas diversas, en zonas altas, para suministro de energía directa a la red, o bien montarse el conjunto para autoconsumo en viviendas, zonas rurales o locales, fábricas,

25 talleres, etc., independientes mediante módulos independientes diseñados para las palas, torre y baterías.

En definitiva, se trata de un aerogenerador de alta eficacia y rendimiento, fácil de instalar, y de transportar, con una mayor producción en regímenes de vientos bajos.

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DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS

Para complementar la descripción que seguidamente se va a realizar y con objeto de ayudar 35 a una mejor comprensión de las características del invento, de acuerdo con un ejemplo

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preferente de realización práctica del mismo, se acompaña como parte integrante de dicha descripción, un juego de planos en donde con carácter ilustrativo y no limitativo, se ha representado lo siguiente:

La figura 1.-Muestra una representación correspondiente a una vista en perspectiva de un aerogenerador de eje vertical realizado de acuerdo con el objeto de la presente invención.

La figura 2.-Muestra una vista en alzado lateral del aerogenerador representado en la figura anterior, sin la estructura o base soporte.

La figura 3.-Muestra, una vista en planta del conjunto de la figura 2.

La figura 4.-Muestra, una vista en perspectiva correspondiente al esquema de fuerzas que actúan para producir el giro, velocidad y par deseado.

La figura 5.-Muestra, finalmente, una vista en perspectiva del diseño de la pala que participa en la constitución del aerogenerador de la invención.

REALIZACIÓN PREFERENTE DE LA INVENCIÓN

Como se puede ver en las figuras referidas, el aerogenerador de la invención se constituye a partir de un eje vertical (1), con su rotor (2) sobre el que van montadas, a través de brazos radiales (3), respectivas palas (4), concretamente cuatro palas en el ejemplo de las figuras 1, 2 y 3, si bien dicho número podría ser de tres.

Dichas palas se montan de forma radial y presentan un diseño o forma alabeada, siendo simétricas.

El aerogenerador se monta sobre una estructura (5) que forma una torre de altura variable con estructura tubular de fácil montaje y desmontaje, permitiendo su instalación en zonas altas, o incluso montarse sobre una cimentación (6).

En relación con la sección de las distintas palas (4) del aerogenerador, decir que esa

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sección, aunque simétrica respecto de el eje longitudinal, es de grosor y anchura variables dependiendo de la potencia que se pretenda obtener con el propio aerogenerador, aunque esa sección siempre será de forma alar simétrica.

Como ya se ha dicho a lo largo de la presente descripción, las palas (4) van montadas de forma radial respecto del eje vertical del rotor (2) con una sección fija, cada 90º en caso de cuatro palas y 120º en el caso de incorporar tres palas, trasladándose y girando las palas

(4) 90 o 120º a lo largo de la altura del eje del rotor de forma simétrica.

El diseño del rotor y palas es tal que la incidencia del viento sobre las palas en cualquier dirección producirá un doble efecto de arrastre del rotor (2), aumentando así la potencia y el par del aerogenerador, de manera que ese doble efecto hace que siempre haya mucha mas fuerza de empuje en favor de la generación de par o momento torsor en el eje que las fuerzas que contrarrestan ese momento.

Concretamente, en la figura 4 se puede observar el esquema de fuerzas con este efecto y las superficies o elementos donde actúan para producir el giro, velocidad y par deseado.

En dicha figura 4 el viento representado con las flechas (V) incide sobre las palas (4) de acuerdo con las fuerzas (FFV), como fuerza a favor por empuje al viento, con (FFB) como fuerza a favor del empuje por efecto Bernoulli, (FCB) como fuerza en contra por empuje del efecto Bernoulli y (FCV) como fuerza en contra por empuje del viento.

El funcionamiento para obtener un alto rendimiento en el par y velocidad de giro se basa como ya se ha dicho en dos efectos producidos por el flujo del viento sobre el rotor vertical y por el diseño y forma de las palas respecto al flujo del viento.

El primer efecto que produce el viento es el empuje directo en la cara o parte plana (4’) expuesta al viento de cada pala (4), produciendo una fuerza perpendicular a dicha cara plana (4’) que por su diseño y colocación de forma radial en cada sección diferencial de la altura de la pala produce una fuerza tangencial perpendicular al eje del rotor que sumada e integrada en toda la superficie de la pala genera una fuerza total perpendicular al eje vertical del rotor, haciendo que este gire por empuje de las dos o tres aspas contra la oposición de una.

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El segundo efecto lo produce el efecto del aire a una determinada velocidad por la sección del aspa en forma radial, es decir sobre la superficie (4’’).

5 Dicho efecto lo produce la circulación del aire a través de esa sección (4’’) de la pala con forma de ala simétrica que provoca un efecto Bernoulli y genera una presión tangencial al eje de giro y perpendicular a la cara plana (4’) por diferencia de velocidad entre dichas caras (4’) y (4’’) de la propia pala, de manera que esas fuerzas sumadas e integradas en toda la superficie de la pala generan una fuerza total perpendicular al eje vertical (1) del rotor (2)

10 que hace que gire por empuje de dos o tres palas contra la oposición de una.

En definitiva, la suma de estos dos efectos lleva consigo un aumento del par de giro y por lo tanto un aumento de la potencia eléctrica generada por el aerogenerador.

15 Por último, decir que aunque no se ha representado, el rotor incluye unos engranajes epicicloidales montados sobre el propio eje de giro (1), transmitiendo de forma automática la relación entre la velocidad de giro y el par motor, según la propia velocidad de giro de tal rotor.

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Claims (1)

1. REIVINDICACIONES

   1ª.-Aerogenerador de eje vertical, previsto para ser montado sobre una torre de altura variable, constituida por una estructura tubular instalable sobre una base de cimentación o

   5 cualquier otro lugar apropiado, pudiendo comprender tres o cuatro palas, se caracteriza porque las palas son de perfil alabeado, con sección alar simétrica con una cara plana y otra curva, estando dichas palas montadas de forma radial respecto del eje vertical del rotor, el cual presenta una sección constante respecto del eje XY, con un ángulo de ataque o de entrada del viento variable en cada punto del eje Z.

   10 2ª.-Aerogenerador de eje vertical, según reivindicación 1, caracterizado porque cada pala gira y se traslada a lo largo de la altura del rotor cuyo giro y traslado se efectúa a lo largo de 90º en rotores de cuatro palas y de 120º en rotores de tres palas.

   15 3ª.-Aerogenerador de eje vertical, según reivindicación 1, caracterizado porque el rotor incluye engranajes epicicloidales montados sobre el propio eje de giro.

   4ª.-Aerogenerador de eje vertical, según reivindicación 3, caracterizado porque los engranajes epicicloidales reciben la transmisión automáticamente, a través de un

   20 desplazamiento vertical del propio eje de transmisión.

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