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¿Cómo funciona un aerogenerador de eje vertical?

marzo 17, 2022
¿Cómo funciona un aerogenerador de eje vertical?

Construcción de un aerogenerador de eje vertical

ResumenLos aerogeneradores de eje vertical (VAWT) se están reconsiderando como una tecnología complementaria a los aerogeneradores de eje horizontal (HAWT), más utilizados, debido a su idoneidad única para los despliegues en alta mar. Además, los experimentos de campo han confirmado que los aerogeneradores de eje vertical pueden interactuar de forma sinérgica para mejorar la producción total de energía cuando se colocan cerca. Aquí utilizamos un modelo de línea de actuadores en una simulación de grandes remolinos para probar nuevas configuraciones de parques VAWT que explotan estas interacciones sinérgicas. Primero diseñamos agrupaciones con tres turbinas cada una que preservan la omnidireccionalidad de los aerogeneradores de eje vertical, y optimizamos la distancia entre las turbinas agrupadas. A continuación, configuramos los parques en función de los grupos, en lugar de las turbinas individuales. Las simulaciones confirman que los aerogeneradores de eje vertical tienen una influencia positiva entre sí cuando se agrupan en racimos bien diseñados: estas configuraciones aumentan la generación de energía de una sola turbina en aproximadamente un 10%. Además, los diseños de las agrupaciones permiten espaciar más las turbinas, lo que da lugar a un número de turbinas aproximadamente tres veces mayor para una superficie determinada en comparación con las configuraciones convencionales. Por lo tanto, tanto la eficiencia de las turbinas como la de los parques eólicos mejoran, lo que supone un aumento significativo de la densidad de producción de energía por unidad de superficie.

La mayor turbina eólica 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 su 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.

Diferencia entre aerogenerador de eje horizontal y vertical

La energía eólica representa actualmente el 7,2% de la energía generada en Estados Unidos, y IceWind afirma que en menos de una década, en 2030, será del 20%. Pero la mayor parte corresponde a las enormes turbinas horizontales que se ven en las aplicaciones de los parques eólicos comerciales, con palas de la longitud de un 747. Toda la energía verde es buena -aunque hay que tener en cuenta la pérdida de aves-, pero no es algo que pueda instalar un propietario.

«Lo que hemos diseñado en IceWind es en realidad un aerogenerador de eje vertical», me dijo recientemente Samuel Gerbus, uno de los ingenieros mecánicos de IceWind, en el podcast de TechFirst. «La gran diferencia es que en esas grandes turbinas, cuando el viento viene de distintas direcciones, hay que usar una caja de cambios para cambiar las palas y orientarlas hacia esa dirección del viento, o pararlas y cambiarlas. Los aerogeneradores de eje vertical son omnidireccionales. Podemos tomar el viento de cualquier dirección».

La otra gran ventaja para los propietarios que quieren complementar su energía en la red o alimentar completamente una cabaña sin conexión a la red es la durabilidad. Aunque sólo las pruebas a largo plazo pueden ser definitivas, según Gerbus, las turbinas están construidas para soportar vientos de «más de 130 millas por hora» y están selladas para evitar que entre polvo, hielo, agua o suciedad en el generador. Fabricadas con aluminio y acero inoxidable, las palas durarán mucho más que las construidas con fibra de nylon, acero, plástico o fibra de vidrio. Al fin y al cabo, la empresa tiene su sede en Islandia, que no es conocida por sus largos veranos y su clima suave. Aunque no es tan fría como algunos piensan, experimenta un viento relativamente constante con vientos huracanados ocasionales de hasta 160 mph.

Mantenimiento de los aerogeneradores de eje vertical

Existen dos tipos principales de aerogeneradores de eje vertical y horizontal. Los de eje vertical destacan por no necesitar el mecanismo de orientación y lo que es el generador eléctrico puede disponerse en el suelo. Por otro lado, los de eje horizontal son los más utilizados y permiten cubrir una amplia gama de aplicaciones aisladas de pequeña potencia hasta instalaciones en grandes parques eólicos.

Vamos a profundizar en los dos principales, como son los citados aerogeneradores de eje vertical y horizontal, y en lo que serían nuevas propuestas que tratan de sacar el máximo partido al viento para producir energía eléctrica. Estamos en unos años en los que la tecnología avanza y cada vez vemos nuevas propuestas como los aerogeneradores sin hélice del proyecto Vortex o ese Árbol del Viento, una especie de árbol mecánico que genera energía de forma silenciosa.

Un aerogenerador de eje vertical es esencialmente una turbina eólica en la que el eje del rotor está instalado en posición vertical y puede generar electricidad sin importar la dirección en la que venga el viento. La ventaja de este tipo de aerogenerador vertical es que puede generar electricidad incluso en lugares con poco viento y en zonas urbanas donde la normativa de construcción suele prohibir la instalación de aerogeneradores horizontales.

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