MX2013003122A - Sistema de doble turbina que sigue el viento/agua (seguidor de viento) para energia del viento y/o del agua, con sistema de alabes optimizado. - Google Patents

Abstract

El sistema de turbina para energía del viento y/o del agua, en donde las turbinas radiales tienen un rotor que puede girar sobre un eje y comprende uno o más álabes de turbina, en donde los álabes de turbina se alinean paralelamente al rotor, en donde los álabes de turbina se disponen dentro de una coraza cilíndrica, que se dispone concéntricamente alrededor del eje y tiene un radio R1 exterior y un radio R2 interior, se caracteriza en que los álabes de turbina tienen una geometría específica y en que se disponen dos turbinas (1,2) radiales que se alinean juntas y paralelas, cuyas turbinas (1, 2) radiales están conectadas entre sí y pueden tener movimiento pivotante sobre un eje (15) de pivote paralelo a los ejes (18) de turbina, en donde el eje de pivote y las superficies (3, 4) de guía no se localizan en la línea de conexión entre los ejes de turbina, y ambas se localizan en el mismo lado de la línea de conexión. Se propone que el resumen sea publicado sin dibujo alguno.

Description

SISTEMA. DE DOBLE TURBINA QUE SIGUE EL VIENTO/AGUA (SEGUIDOR DE VIENTO) PARA ENERGÍA DEL VIENTO Y/O DEL AGUA, CON SISTEMA DE ALABES OPTIMIZADO CAMPO DE LA INVENCIÓN La invención se refiere a un sistema de turbina de conformidad con el preámbulo de la reivindicación 1.

ARTE PREVIO Las turbinas Savonius son conocidas (véase también la Figura 6) . Estos rotores pueden consistir de dos discos circulares horizontales que se unen a un eje del rotor vertical y entre los cuales dos álabes curvados semicirculares se unen en una posición vertical.

Un desbalance critico como resultado de la fuerza de carga cíclicamente variable del flujo durante la rotación es característico del rotor Savonius, incluso cuando la distribución del peso está perfectamente balanceada. Este desbalance debido a la alternación de carga se puede minimizar disponiendo un mayor número de álabes, generalmente tres, en lugar de dos. Sin embargo, esto reduce en gran medida la eficiencia del rotor Savonius, por aproximadamente 30%.

En comparación con los generadores de viento de tres álabes conocidos que tienen un eje de rotación horizontal y álabes de tipo aeronave, una turbina radial tiene la ventaja principal de operar independientemente de la dirección del viento incidente. De esta manera, la turbina radial que tiene un eje de rotación vertical no tiene que girarse hacia el viento .

En una modalidad particularmente económica, la turbina radial se provee con placas deflectoras, que colectan la energía del viento y la desvían sobre los álabes de la turbina radial en una forma concentrada. Sin embargo, esto tiene la desventaja que, debido a la placa deflectora, ya no se logra la independencia de la dirección del viento. Por consiguiente, la turbina radial que comprende una placa deflectora tiene que ser orientada hacia el viento.

Si la turbina Savonius es equipada con placas deflectoras, gana en velocidades de viento bajas, pero pierde aun más en velocidades del viento más altas.

Objeto y solución de acuerdo con la invención Objeto de la invención: se debe hacer un mejor uso de la energía del viento, con una eficiencia mucho más alta que en las turbinas Savonius convencionales. Todavía debiera ser posible utilizar la turbina de viento incluso cuando el viento fuese demasiado débil para accionar las turbinas Savonius convencionales .

Las turbinas de viento deberían operar sin ruido y con muy poca vibración, de tal manera que se puedan utilizar incluso en edificios residenciales en áreas urbanas.

También se debe utilizar una turbina radial que comprende una placa deflectora y que gira automáticamente a una posición angular óptima con respecto al viento incidente, y que es, de esta manera, auto seguidora, sin que sea necesaria una disposición seguidora para este propósito. De esta manera, las ventajas de la placa deflectora en la turbina radial se deben combinar con la independencia de la turbina radial de la dirección del viento incidente.

Se debe asegurar un desbalance mínimo con alto desempeño por medio de la geometría y construcción especial.

Este objeto se logra de conformidad con la invención mediante las características de la reivindicación 1.

Las modalidades ventajosas de la invención se especifican en las reivindicaciones dependientes.

Se sabe que el rotor Savonius y el rotor Darrieus no ganan en desempeño como resultado de las placas deflectoras. El rotor Savonius gana en viento débil, pero esto depende de la velocidad, y conduce a pérdidas en velocidades de viento más altas. Debido a que la turbina es dependiente de la dirección del viento, disminuye en eficiencia global.

Este problema es solucionado por la invención. a) Como resultado de la nariz aerodinámica (divisor de viento) conjuntamente con la turbina de la construcción novedosa, el rendimiento de la energía se incrementa demostrablemente en todas las fuerzas de viento. b) Como resultado de la disposición óptima de las partes aerodinámicas, incluyendo la conexión giratoria, el sistema de turbina sigue al viento en todas las direcciones sin un accionamiento por motor.

Como resultado de la forma especifica y la disposición de los álabes de turbina con respecto al divisor de viento de conformidad con los rangos de parámetros dados en la reivindicación 1, se obtienen velocidades rotacionales hasta tres veces mayores que en las turbinas Savonius conocidas, junto con una eficiencia de hasta 66%, en contraste con la eficiencia del 28% lograda por las turbinas convencionales. La turbina de acuerdo con la invención se puede utilizar incluso en un viento muy débil que ya no seria suficiente para accionar las turbinas Savonius convencionales.

En contraste con el rotor Savonius, la turbina de viento de acuerdo con la invención no tiene un desbalance del tipo anteriormente descrito, incluso en una modalidad particularmente ventajosa donde se proporcionan tres álabes de turbina .

Es particularmente conveniente combinar la geometría de acuerdo con la invención de los álabes de turbina con una superficie deflectora de acuerdo con la reivindicación 2, también conocida como un divisor de viento.

Otra consideración importante: supóngase que hay dos turbinas en un sistema encerrado por placas deflectoras y que tiene placas de concentración biseladas y/o placas de guía del viento adicionales que se unen por arriba y debajo de las turbinas. Como resultado del sistema cerrado y las placas de concentración y/o las placas de guia del viento adicionales, se hace uso óptimo de lo que se conoce como el efecto Magnus, y como resultado del sistema de acuerdo con la invención, que se monta en un mástil, puede girar al viento automáticamente y de esta manera recibir siempre un flujo de viento óptimo. Éste "giro al viento" se ha demostrado en un número de modelos específicos en viento natural.

El efecto Magnus, denominado con posterioridad a Heinrich Gustav Magnus (1802-1870), quién lo descubrió, es un fenómeno en la mecánica de fluidos, específicamente el efecto (fuerza) de la fuerza transversal experimentado por un cuerpo giratorio redondo (cilindro o bola) en un flujo.

Por medio de efectos fricciónales, un rodillo giratorio induce la rotación en el fluido que lo rodea. Si adicionalmente hay un flujo sobre el rodillo, las diferentes velocidades del fluido se traslapan. Como consecuencia, el fluido fluye alrededor del rodillo giratorio más rápido en un lado que en el otro (en el sistema en reposo del rodillo) . En el lado del rodillo donde los efectos fricciónales son mayores, es como si el fluido fluyera más rápidamente. Esto da como resultado la "deflexión" del rodillo, empujando el rodillo hacia abajo (véase la Figura 10) .

Ejemplos • Los jugadores de fútbol patean la pelota con giro de tal manera que vuela hacia la meta en un arco. Mientras más rápidamente gira, mayor es la desviación de la trayectoria (doblado por los bordes, tiro sin giro) .

• Los jugadores de tenis de mesa y los jugadores de tenis utilizan este efecto, por ejemplo con giro en la misma dirección de movimiento y movimiento rebanado.

• Las bolas curvas en el béisbol y pelota curva hacia arriba en el sóftbol .

• Tiro de la pelota con rotación rápida en el criquet .

• Las bolas de golf tienen un gran número de pequeñas depresiones en la superficie, conocidas como hoyuelos.

Como turbuladores , mejoran la adhesión de la capa limite que yace contra la bola y es arrastrada por la rotación de la misma. Esto incrementa la formación de turbulencia y la desviación asociada de la bola debido al efecto Magnus. Debido a que la bola de golf gira hacia atrás como resultado de la forma de cuña del palo de golf, se eleva por el efecto Magnus; ésta no vuela simplemente como una bala de cañón, sino en cambio experimenta una elevación. Son posibles desviaciones adicionales hacia la izquierda o hacia la derecha, y también se utilizan por los jugadores que han dominado con maestría esta técnica. Además, la circulación turbulenta supercrítica reduce la resistencia del aire, y esto a su vez conduce a mayores distancias de vuelo.

De acuerdo con la invención, el alto desempeño se logra en combinación con el bajo coste de instalación, de tal manera que la relación coste-eficacia, en términos de la salida de potencia, es mucho mayor que en los generadores de viento conocidos que comprenden un eje horizontal y álabes del tipo ala de aeronave.

Para incrementar la relación coste-eficacia, se proporciona un generador de anillo para la generación de energía. Además, para incrementar la relación coste-eficacia adicionalmente, el mástil y el divisor de viento se pueden utilizar como espacio publicitario.

Con la forma del álabe de acuerdo con la invención de las turbinas individuales y la disposición específica de las dos turbinas entre sí, es particularmente ventajoso que las dos turbinas no se obstruyan entre sí, pero en cambio pueden impulsarse entre sí, incluso en bajas velocidades de viento, asistido por la oscilación de presión de baja frecuencia que tiene lugar en la cavidad trasera del divisor de viento en forma de V.

En contraste con los generadores de viento conocidos que comprenden un eje horizontal y tres álabes, la turbina radial de acuerdo con la invención se puede operar incluso en velocidades de viento relativamente bajas. Como resultado del efecto agnus, la turbina radial de acuerdo con la invención "hala" el viento, por asi decirlo, y amplifica las bajas velocidades del viento. Por ejemplo, la turbina radial de acuerdo con la invención también se puede utilizar en vientos circulantes, en que la velocidad del viento es más baja en una altura baja que en una gran altura en que los generadores de viento de tres álabes tienen que ser operados simplemente por el tamaño del álabe. En todo caso, una velocidad del viento que es muy baja para las turbinas de tres álabes conocidas es suficiente para la producción de energía con la turbina radial de acuerdo con la invención.

En el caso de fluctuaciones en la dirección del viento, la turbina radial de acuerdo con la invención se ajusta automáticamente, parcialmente como resultado del efecto Magnus, e inmediatamente gira hacia la dirección óptima, incluso en velocidades del viento de menos que 1 m/s. Las rápidas adaptaciones de este tipo de generador no son posibles con las turbinas de tres álabes conocidas.

Debido a que la turbina radial de acuerdo con la invención sólo requiere una pequeña cantidad de espacio, se puede utilizar como un accesorio para partes preexistentes de edificios o elementos estructurales, por ejemplo, como un aditamento para un poste de alumbrado eléctrico.

Modalidades En lo siguiente, se describe una pluralidad de modalidades de la invención en mayor detalle por medio de los dibujos. Los números de referencia similares tienen el mismo significado en todos los dibujos y por consiguiente sólo se explicarán una vez.

BREVE DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS En los dibujos: La Figura 1 es una sección transversal esquemática a través de la turbina de viento de acuerdo con la invención de conformidad con una modalidad particularmente preferida.

La Figura 2 es una representación gráfica de las velocidades rotacionales de funcionamiento libre, graficadas contra la velocidad del viento, para la turbina de viento de acuerdo con la invención (las cruces y la curva superior) y para una turbina de viento Savonius convencional (los circuios y la curva inferior) .

Las Figuras 3 a 5 son representaciones gráficas de las velocidades rotacionales de la turbina de viento de acuerdo con la invención y una turbina de viento Savonius convencional conjuntamente con el ángulo del flujo entrante del viento y la velocidad del viento, graficadas contra el tiempo.

La Figura 6 es un dibujo de sección trasversal esquemática de una turbina de viento Savonius convencional, que muestra el modo de operación de la misma.

La Figura 7 es un dibujo en perspectiva del generador de viento de acuerdo con la invención que comprende dos turbinas radiales.

La Figura 8 muestra los detalles de construcción de una modalidad como un sistema de montaje de mástil tubular en una vista desde el lado de conformidad con A-A en la Figura 9.

La Figura 9 es una vista en planta del generador de viento .

La Figura 10 muestra un rodillo giratorio con fluido circundante .

La Figura 11 muestra la prueba del roscado.

Las Figuras 12 a 14 muestran más variantes con divisores 29 de viento modificados y placas 30 de concentración adicionales .

La Figura 15 muestra el momento de torsión frente a las características de la velocidad rotacional.

La Figura 16 muestra características adicionales.

Las Figuras 17 a 26 son diversas vistas en perspectiva de un generador de viento de acuerdo con la invención que ha sido adicionalmente mejorado.

La Figura 27a muestra una construcción de mástil cuadriculado, que se utiliza y/o se puede utilizar para el sistema de montaje de turbina y acumulador especial.

La Figura 27b es la sección A-A.

La Figura 28 muestra los "núcleos de soporte", que se fijan a una parte giratoria en el eje.

DESCRIPCIÓN DETALLADA DE LA INVENCIÓN El viento fluye sobre la turbina de viento de acuerdo con la invención de la Figura 1 en una dirección 101 de viento primaria y direcciones 102, 103 de viento subsidiarias. El significado de los demás números de referencia en la Figura 1 se puede ver a partir de las Tablas 1 y 2 debajo, que además especifican los rangos de valores de acuerdo con la invención para los parámetros y los valores particularmente preferidos de los parámetros en las dos modalidades.

Una construcción de mástil cuadriculado se proporciona por arriba de la conexión giratoria, y se utiliza y se puede utilizar como un marco para el sistema de turbina y el sistema de montaje de acumulador especial.

Un espacio de seguridad, que se protege y conecta a tierra por la coraza exterior del mástil, preferiblemente un tubo de acero de paredes gruesas, y puede contener diversos componentes tecnológicos sensitivos, se localiza debajo de la conexión giratoria, sin coste adicional alguno. El uso de acuerdo con la invención del sistema de turbina posibilita crear espacios de seguridad, y utilizar generadores de viento en la infraestructura preexistente (calles, rieles, etcétera), en áreas donde, de otra manera, la construcción seria imposible .

La Figura 2 muestra los resultados de medición para la velocidad rotacional de funcionamiento libre de la turbina de viento de acuerdo con la invención y de una turbina de viento Savonius. Las velocidades rotacionales en revoluciones por minuto se grafican contra la velocidad del viento en m/s. La curva superior es una linea de mejor ajuste para los valores de velocidad rotacional de la turbina de viento de acuerdo con la invención, que se grafican utilizando cruces. Los valores de medición para las turbinas de viento Savonius convencionales se muestran como circuios. La curva inferior es una linea de mejor ajuste.

Claramente se puede observar que en un rango de velocidad del viento desde aproximadamente 0.7 hasta 1.8 m/s una turbina Savonius convencional está estacionaria, pero la turbina de viento de acuerdo con la invención gira en una velocidad rotacional de 50 a 150 revoluciones por minuto. En el rango de velocidad del viento desde aproximadamente 1.7 hasta 2.7, la turbina de viento de acuerdo con la invención gira en aproximadamente 2 a 15 veces la velocidad rotacional de la turbina Savonius convencional.

Una serie de resultados de medición para las propiedades de la turbina de viento de acuerdo con la invención y para una turbina de viento Savonius convencional, las cuales ambas se expusieron a las mismas condiciones de viento, se muestra gráficamente en las Figuras 3 a 5. La curva 110 superior representa el respectivo ángulo de incidencia del viento en el rango de +80° a -80°. La curva 111 muestra la velocidad del viento, en este diagrama en un rango de 0 a 6.5 m/s. La curva 112 muestra la velocidad rotacional de la turbina de viento de acuerdo con la invención en un rango de 0 a 500 revoluciones por minuto. La curva 113 muestra las velocidades rotacionales correspondientes para una turbina de viento Savonius convencional. Debido a que la turbina de viento Savonius a menudo está estacionaria en estas velocidades de viento, la curva 113 siempre está próxima a o incluso en la linea de cero .

La Figura 6 es un dibujo esquemático de una rueda de viento Savonius, mostrado a manera de arte previo. Se muestra la dirección de flujo del aire y la dirección de rotación.

Con respecto al arte previo, adicionalmente se puede establecer que 2 tipos básicos de generadores de viento han tenido éxito: a) turbinas de viento de eje horizontal (HAWTs) con viento incidente en la dirección axial b) turbinas de viento de eje vertical (VAWTs) con viento incidente transversal a la dirección axial La solución inventiva aquí divulgada se refiere primordialmente a VAWTs, aunque en casos especiales también es posible el montaje horizontal con un flujo de viento incidente transversal a la dirección axial.

También hay muchas variaciones/modificaciones entre los sistemas VAWT comercialmente disponibles, a partir de 2 tipos básicos (véase por ejemplo "Turbina de Viento" de la Wikipedia Alemana) : - rotor Savonius rotor Giromill/Darrieus A diferencia de la turbina de acuerdo con la invención, el rotor Savonius no puede operar más rápido como resultado de una placa deflectora o una superficie deflectora. Sin embargo, esto se puede demostrar con la invención.

Las variaciones se relacionan al número y la forma especial de los álabes del rotor, el anexo de elementos de guia del viento, y en algunos casos una configuración en forma de tornillo para lograr una velocidad más constante durante la rotación. De esta manera, la solución de acuerdo con la invención se refiere a formas particulares determinadas relativamente de manera precisa y disposiciones que se ha encontrado son particularmente eficientes en el proceso de desarrollo .

Por consiguiente, esta descripción de la invención se suplementa por una modalidad adicional, con respecto a un espacio de parámetros estrechamente definido adicional análogo a la Tabla 1 para describir la forma, como sigue.

La modalidad adicional de la turbina de viento de acuerdo con la invención también corresponde a la Figura 1; y el viento fluye sobre ésta en un dirección 101 de viento primaria y direcciones 102, 103 de viento subsidiarias. El significado de los demás números de referencia en la Figura 1 se puede ver a partir de la Tabla 2 anteriormente mencionada, que también especifica rangos suplementarios o expandidos de valores de acuerdo con la invención para los parámetros y los valores particularmente preferidos de los parámetros en la segunda modalidad.

En aras de exhaustividad, se nota que la altura (o longitud) de la turbina puede estar en un amplio rango de proporciones al radio. Es decir, dependiendo del lugar de uso, la altura o longitud de la turbina es aproximadamente 0.3 a 100 veces el radio de la turbina, también siendo posible, por razones de construcción o estabilidad, entender una turbina larga o alta como un acoplamiento positivo de una pluralidad de turbinas a un eje que opcionalmente se puede conectar por medio de acoplamientos positivos.

El propósito del sistema de turbina es obtener energía a partir del viento en una manera óptima, dando prioridad a obtener energía eléctrica. Con este propósito, un generador se conecta mecánicamente al eje de la turbina positivamente o no positivamente, directamente o indirectamente por medio de una transmisión, en una manera adaptada al sistema de turbina, dicho eje de la turbina siendo positivamente o no positivamente conectado a las turbinas a fin de asegurar la transmisión de fuerza de la turbina al generador. En este contexto, un generador se puede utilizar para ambas turbinas, o cada turbina se puede conectar individualmente a un generador respectivo.

El generador se controla en una manera adaptada a la velocidad del viento, de tal modo que regulando la energía generada se transmite un momento de torsión de frenado electromagnético a la turbina, a fin de establecer una proporción de velocidad periférica óptima (TSR) para la conversión de energía, que está entre 45% y 65% de la proporción de velocidad periférica de la turbina no frenada. Esto asegura que siempre se pueda "cosechar" la máxima energía posible .

En la modalidad, se establece una altura: la proporción de radio de aproximadamente 20, las turbinas en un eje que se montan individualmente aproximadamente cada 5 m, y que se interconectan por medio de un acoplamiento positivo flexible y que se conectan al extremo de un eje directamente o indirectamente por medio de una transmisión que comprende un generador de corriente.

Para la eficiencia incrementada, los sistemas de placa deflectora de dos turbinas ventajosamente se pueden juntar con simetría reflectora como un sistema divisor de viento, de tal manera que por ejemplo con un eje de rotación vertical, la placa deflectora izquierda desvía el viento hacia la turbina izquierda y la placa deflectora derecha desvía el viento hacia la turbina derecha como se observa en la dirección de viento primaria. En este contexto, las placas deflectoras ventajosamente pueden estar en la forma de una "nariz" con un "puente" redondeado como una conexión entre las dos placas deflectoras, a fin de formar un sistema de guía de viento cerrado, el divisor de viento.

La Figura 7 es un dibujo en perspectiva del generador de viento de acuerdo con la invención, que comprende dos turbinas 1, 2 radiales y un divisor 3 de viento en forma de V, las turbinas radiales y el divisor de viento que se unen a un mástil 5 de acero u otra parte 6 de base a fin de ser giratorios (capaces de tener movimiento pivotante) como un todo sobre un eje vertical.

Preferiblemente, la distancia entre el divisor de viento en forma de V y las turbinas es variable y ajustable, a fin de lograr condiciones de operación óptimas para todas las condiciones de viento.

Como una función de la velocidad del viento, el divisor de viento en forma de V se pone en la posición óptima, con base en la distancia y la inclinación con respecto a los álabes de la turbina y el eje de la turbina.

Para una altura global de 20 m, la altura de las turbinas es 10 m. Las turbinas tienen un diámetro de 1 m. La capacidad esperada para un sitio en la costa, donde el generador de viento captura el viento costero circulante, es aproximadamente 21,700 kWh, con una eficiencia promediada durante el año de 38%.

La Figura 8 muestra los detalles de construcción de una modalidad como un sistema de montaje de mástil tubular en una vista desde el lado correspondiente a A-A en la Figura 9. Tres placas 7, 8, 9 de soporte se unen al mástil 5 de acero de 20 m de alto por medio de los cojinetes 10, 11, 12, 13, 14 a fin de ser giratorias sobre el eje 15 longitudinal del mástil 5 de acero. La placa 7 de soporte inferior tiene tres cojinetes 10 giratorios en el mástil 5 de acero y dos cojinetes 16, 17 de turbina en el eje 18 de la turbina. La placa 8 de turbina central tiene tres cojinetes 12 giratorios dos cojinetes 19, 20 de turbina, y la placa 9 de soporte superior tiene tres cojinetes 14 giratorios y dos cojinetes 21, 22 de turbina. Los cojinetes 17, 20 y 22 de turbina no se muestran en la Figura 8, y se asocian con la otra turbina.

Los cojinetes 10, 11 giratorios en un lado y 13, 14 en el otro lado se mantienen en una distancia mediante un collar 23, 24 espaciador. El collar espaciador está en la forma de un tubo hueco.

Finalmente, la Figura 9 es una vista en planta del generador de viento. Se pueden observar los álabes 25 de turbina. La dirección del viento, cuando el generador de viento de acuerdo con la invención ha girado hacia el viento de tal manera que la punta del divisor 3 de viento en forma de V apunta en contra del viento, también se indica con una flecha .

Lo que se conoce como una prueba del roscado se llevó a cabo en el sistema de acuerdo con la invención (Figura 11) . El viento 28 de hasta 6 m/s soplaba en el sistema. La proporción de la velocidad circunferencial de la turbina al viento fue hasta 3:1. El punto donde la dirección del roscado se rompe se puede observar claramente en la Figura 11 (al pie de la imagen) . El sistema de acuerdo con la invención puede extraer energía a partir de la diferencia de presión o la energía potencial del viento, no sólo de la energía cinética del aire en movimiento.

El significado de los números de referencia en la Figura 11 se puede ver a partir de la lista de números de referencia.

Un efecto secundario es la bola de ping-pong que se "suspende" en una corriente de aire oblicua. Como resultado del efecto Coandá, el flujo de la corriente de aire no se separa de la bola, sino la rodea (casi) completamente sin ser separado. Debido a que la bola se suspende ligeramente debajo del centro de la corriente de aire, el aire no fluye alrededor de ésta simétricamente. Más aire se desvia hacia abajo, debido a que la velocidad de flujo y la sección transversal del flujo son menores en la parte inferior de la bola que en el lado superior. Como consecuencia, la bola experimenta una fuerza ascendente. Esto se superpone sobre el efecto Magnus (la bola giratoria) . Los dos efectos previenen que la bola caiga y sólo le permiten "deslizarse" a lo largo de la parte inferior de la corriente de aire. La resistencia de la bola al flujo la mantiene a distancia de la boquilla, y la gravedad previene que ésta simplemente sea soplada. De esta manera, la bola puede flotar en una posición más o menos estable.

Las Figuras 12 a 14 muestran variantes adicionales con divisores 29 de viento modificados y placas 30 de concentración adicionales.

Evaluación de las mediciones estáticas y dinámicas del momento de torsión en la turbina de viento de acuerdo con la invención de 1 m de diámetro y lm de longitud en Moers Los siguientes datos son tomados en consideración, directamente o indirectamente, en la evaluación: • Las mediciones de momento de torsión estáticas (momento de torsión estacionario) del 24 al 26 de Septiembre de 2010 • Las mediciones del momento de torsión dinámicas en el periodo del 4 al 8 de Noviembre de 2010 Un freno por corrientes de Foucault, con el cual diversas fuerzas de frenado se podrían establecer variando la corriente de la bobina, también se utilizó durante las mediciones dinámicas en cada caso.

Los valores de medición se revisaron en busca de plausibilidad y se evaluaron utilizando diversos métodos de promediado y de filtrado.

Los datos de resultado para las velocidades de viento de entre 2 y 8 m/s están compilados en la siguiente tabla.

Tabla Datos de resultado en la evaluación de las mediciones estáticas y dinámicas del momento de torsión (Septiembre/Noviembre de 2010) en la turbina de viento de acuerdo con la invención de 1 m de diámetro y 1 m de longitud en Moers .

Las Figuras 15 y 16 son representaciones gráficas con lineas interpoladas correspondientes.

Figura 15: momento de torsión frente a las características de la velocidad rotacional, interpolación con coeficiente de energía promedio (PC) de 35% Momento de torsión [Nm] frente a la velocidad rotacional [rpm] ; parámetro velocidad del viento [m/s] Claves para la g.ráfica : ? medición de 2 m/s A medición de 3 m/s X medición de 4 m/s + medición de 5 m/s — 6 m/s de la medición ¦ 7 m/s de la medición X 8 m/s de la medición momento de torsión máximo - - momento de torsión promedio Figura 16: características Energía mecánica Extrapolación en el rango de energía máxima con PC promedio 35% Energía mecánica [ ] frente a momento de torsión [rpm] parámetro velocidad del viento [m/s] Claves para la gráfica: ¦ f eno por corrientes de Foucault de 2 m/s X freno por corrientes de Foucault de 3 m/s • freno por corrientes de Foucault de 4 m/s — freno por corrientes de Foucault de 5 m/s ? 6 m/s del freno por corrientes de Foucault A 7 m/s del freno por corrientes de Foucault x 8 m/s del freno por corrientes de Foucault Debido a que las mediciones dinámicas hasta ahora sólo se han llevado a cabo con fuerzas de frenado relativamente débiles, la interpolación fuera del rango de medición que se ha establecido hasta ahora se muestra en lineas discontinuas. En este contexto, se ha asumido que en el punto de energía máxima se logra un coeficiente de energía de 35%. A partir de la dispersión de los datos de resultado, la verificación de calibración suficientemente precisa para la técnica de medición utilizada provisionalmente puede ser colocada en aproximadamente 30 - 40%. De otra manera, adicionalmente tienen que ser tomados en consideración los errores sistemáticos en la técnica de medición. El coeficiente de energía se puede determinar de manera más precisa si se toman en consideración mediciones adicionales en fuerzas de frenado más altas.

El sistema de turbina de acuerdo con la invención ventajosamente también se puede utilizar en agua para obtener energía a partir del flujo de agua, es decir como un sistema de turbina marina.

Las Figuras 17 a 26 son diversas vistas en perspectiva de un generador de viento de acuerdo con la invención que ha sido mejorado adicionalmente. La operación en la práctica ha demostrado que el generador de viento opera virtualmente sin ruido y con muy poca vibración. Cualquier oscilación de compresión está en el rango inaudible debajo de 20 Hz. La construcción ligera y bien balanceada de las partes giratorias es responsable de la falta de vibración observada. Como consecuencia, este generador de viento es excelente para el uso en áreas urbanas y/o en edificios.

En una modalidad adicional, una construcción de mástil cuadriculado, que se utiliza y/o se puede utilizar como un marco para el sistema de montaje de turbina y acumulador especial, se proporciona por arriba de la conexión giratoria, que se fija a un mástil estacionario (véase la Figura 27a y la sección A-A en la forma de la Figura 27b) . La cavidad dentro del mástil cuadriculado proporciona suficiente espacio para instalar/sujetar acumuladores de manera segura y para el control de carga; al mismo tiempo, las longitudes del cable del generador se pueden mantener cortas a fin de mantener bajas las pérdidas óhmicas.

Debido a que la región inferior de la torre debajo de la conexión giratoria se hace de tubería de acero, ésta forma una cavidad que se puede utilizar para instalar de manera segura tecnología altamente sensitiva, debido a que se puede proveer ventilación y/o calefacción y/o aire acondicionado adecuado, particularmente en relación a la humedad del aire.

La parte de base se puede utilizar en una configuración como un almacén de energía adicional o como un depósito de agua o un almacén de aceite, y se puede diseñar en consecuencia. Las bombas de calor (con tuberías de calor) se pueden integrar en la parte de base.

En la presente invención, los álabes de turbina (paletas) se montan en una pluralidad de brazos de soporte elaborados, que a su vez se sujetan a una parte giratoria en el eje en ambos lados por dos "núcleos de soporte" que se juntan con tornillos. Esto reduce el peso y posibilita que la turbina alcance la velocidad máxima más rápidamente (véase la Figura 28) .

Además, los núcleos de soporte posibilitan reemplazar los álabes de turbina individualmente mediante atornillado. Los discos circulares fijos muy pesados, que son arrastrados en la rotación y son convencionales en la turbina Savonius, son reemplazados con paneles de superficie de enrejado estacionarios, que son adicionalmente redondeados para una mejor introducción del viento. Como consecuencia, el peso de las partes giratorias y las pérdidas del efecto Thom se reducen en gran medida. De esta manera, la energía del viento puede ser cosechada con un alto nivel de eficiencia.

Los núcleos de soporte que se utilizan de acuerdo con la invención son mucho más ligeros. Los paneles de superficie de enrejado se mantienen unidos por un mástil, que es un reemplazo funcional para la construcción de marco pesado convencional en la turbina Savonius.

Es ventajoso juntar una pluralidad de seguidores de viento para formar un sistema de suministro de energía de comunicación de red descentralizada y otras aplicaciones. Por consiguiente, se propone proporcionar una disposición de los sistemas de turbina de acuerdo con la invención y/o de los seguidores de viento a lo largo de la infraestructura de tráfico, tales como calles, autopistas, líneas ferroviarias y canales, cuya disposición adicionalmente es provista para las telecomunicaciones o para almacenar temporalmente la corriente de la red en momentos de baja captación de corriente y/o para el uso como un medio publicitario y/o como alumbrado público y/o para proporcionar espacios de seguridad.

Lista de números de referencia 1 turbina radial 2 turbina radial 3 divisor de viento 5 mástil de acero 6 placa de base 7 placa de soporte 8 placa de soporte 9 placa de soporte 10 cojinete (giratorio) 11 cojinete (giratorio) 12 cojinete (giratorio) 13 cojinete (giratorio) 14 cojinete (giratorio) 15 eje longitudinal 16 cojinete de turbina 17 cojinete de turbina 18 eje de turbina 19 cojinete de turbina 20 cojinete de turbina 21 cojinete de turbina 22 cojinete de turbina 23 collar espaciador 24 collar espaciador 25 álabes de turbina 26 reborde de collar superior 27 reborde de guia 28 viento 29 superficie deflectora modificada 30 placa de concentración o superficie de concentración 31 efecto Magnus 32 efecto Coandá 33 superposición Magnus/Coandá 34 gran elevación 35 presión negativa 36 sobrepresión 37 la dirección del roscado se rompe 110 curva superior 111 curva 112 curva 113 curva 201 brazos de soporte elaborados 202 núcleos de soporte 203 álabes de turbina 301 radio externo de las turbinas o álabes de turbina 302 redondeado de la placa de concentración y/o placa de guia del viento 303 placa de concentración y/o placa de guia del viento 304 mástil cuadriculado 305 divisor de viento en forma de V

Claims (26)

REIVINDICACIONES

1. El sistema de turbina para energía del viento y/o del agua, que comprende dos turbinas radiales, caracterizado en que las turbinas radiales comprenden un rotor que puede girar sobre un eje y que comprende uno o más álabes de turbina, los álabes de turbina que se orientan paralelamente al rotor, los álabes de turbina que se disponen dentro de una coraza cilindrica, que se dispone concéntricamente sobre el eje y tiene un radio Rl externo y un radio R2 interno, en que el radio interno es R2= fl x Rl donde fl = 0.19 a 0.32, en que cada álabe de turbina tiene una primera región que se extiende desde el radio R2 interno hasta el radio Rl externo, se curva hacia el eje, y tiene un radio de curvatura R3= f2 x Rl donde f2 = 1.2 a 2.4, y una segunda región, que está externamente adyacente a la primera región, se posiciona en el exterior de la coraza cilindrica, y tiene una curvatura hacia el eje, la curvatura que apunta hacia el mismo lado que la curvatura de la primera región, el radio de curvatura RA de la segunda región siendo R4= f3 x Rl donde f3 > 0.7, en que la segunda región es de una anchura B2= f8 x Rl donde f8 = 0.11 a 0.19, y en que las dos turbinas (1, 2) radiales, orientadas paralelamente, se disponen con un eje de rotación vertical, están interconectadas, y son capaces de tener movimiento pivotante sobre un eje (15) de pivote paralelo a los ejes (18) de turbina, el eje de pivote y un divisor (3) de viento en forma de V que se posicionan fuera de la línea que conecta los ejes de turbina y ambos que están en el mismo lado de la línea de conexión.

2. El sistema de turbina de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizado • en que una superficie deflectora orientada paralelamente al rotor se dispone fuera de la coraza cilindrica, y es de una anchura B3= f9 x Rl donde f9 - 0.7 a 2.5, • el borde (P3) de la superficie deflectora que mira hacia el eje de turbina que está en una distancia A2 A2= f6 x Rl donde f6 = 0.25 a 0.55 a partir de un primer plano de sección longitudinal a través del eje de turbina, • y en un distancia Al Al = f5 x Rl donde fs = 1.00 a 1.10 a partir de un segundo plano de sección longitudinal a través del eje de turbina, el segundo plano de sección longitudinal gue es perpendicular al primer plano de sección longitudinal, • y en que la superficie deflectora tiene un ángulo de incidencia o= 40° a 60° con respecto al primer plano de sección longitudinal.

3. El sistema de turbina de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizado en que la anchura total Bl del álabe de turbina es Bl= f7 x Rl donde f7 = 0.9 a 1.1.

4. El sistema de turbina de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizado en que el borde doblado entre la primera región y la segunda región del álabe de turbina tiene un radio de curvatura R5= f4 x Rl donde f4 = 0.01 a 0.08.

5. El sistema de turbina de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizado en que el eje de turbina está en la forma de un eje que tiene un diámetro Dl= fio x Rl donde f10 = 0.03 a 0.13.

6. El sistema de turbina de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizado en que se proporcionan tres álabes de rotor, y se disponen uniformemente distribuidos sobre el eje y están balanceados .

7. El sistema de turbina de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizado en que las dos turbinas giran en direcciones opuestas.

8. El sistema de turbina de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizado en que se proporciona un generador de anillo para generar corriente.

9. El generador de viento y/o agua de acuerdo' con la reivindicación 1, caracterizado en que el generador se puede controlar a fin de establecer la proporción óptima de velocidad periférica de la turbina.

10. El sistema de turbina de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizado en que el generador de viento y/o agua se sujeta a un mástil (5), pontón, parte de base, techo del edificio o similar por medio de la conexión giratoria .

11. El sistema de turbina de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizado en que una pluralidad de éstos generadores de viento y/o agua se disponen uno encima del otro y/o lado a lado en un mástil.

12. El sistema de turbina de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizado en que el generador de viento y/o agua gira automáticamente hacia la dirección óptima del flujo de viento o agua, sin un medio de seguimiento accionado por motor, sin un sistema de control, y sin superficies deflectoras adicionales.

13. El generador de viento y/o agua de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizado en que la distancia entre el divisor (3) de viento en forma de V y las turbinas es ajustable.

14. El sistema de turbina de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizado en que la región inferior del mástil y/o la superficie deflectora se forma como un espacio publicitario o medio publicitario.

15. El sistema de turbina de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizado en que el eje (15) de pivote comprende una conexión giratoria, y un mástil cuadriculado, al cual se puede fijar un sistema acumulador y/o un sistema de soporte de turbina, se proporciona por arriba de la conexión giratoria .

16. El sistema de turbina de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizado en que se proporciona un medio para mover automáticamente las turbinas radiales más cerca cuando se alcanza una velocidad de viento predeterminada.

17. El sistema -de turbina de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizado en que las turbinas radiales se dividen en una pluralidad de turbinas individuales montadas individualmente a lo largo de un eje.

18. El sistema de turbina de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizado en que un espacio de seguridad, que está protegido y conectado a tierra, se proporciona debajo de la conexión giratoria para acomodar componentes tecnológicos sensitivos, el espacio de seguridad preferiblemente que comprende ventilación y/o calefacción y/o aire acondicionado adecuado, particularmente en relación a la humedad del aire.

19. El sistema de turbina de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizado en que la parte de base se puede utilizar como un almacén de energía adicional o como un depósito de agua o almacén de aceite.

20. El sistema de turbina de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizado en que las bombas de calor se integran a la parte de base.

21. El sistema de turbina de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizado en que las superficies deflectoras se montan sobre una pluralidad de brazos de soporte elaborados, que a su vez se sujetan a una parte giratoria en el eje en ambos lados por dos núcleos de soporte que se juntan con tornillos.

22. El sistema de turbina de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizado en que los paneles de superficie de enrejado estacionarios se proporcionan en el extremo superior e inferior de la turbina, y los paneles de superficie de enrejado están redondeados en la región frontal.

23. El sistema de turbina de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizado en que se unen elementos LED a los álabes de turbina y se pueden accionar como función de la rotación a fin de lograr efectos publicitarios.

24. El sistema de turbina de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizado en que un mástil cuadriculado, que incluye el montaje de turbina y las turbinas, se sujeta a la conexión giratoria del mástil.

25. El sistema de turbina de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizado en que una disposición de los sistemas de turbina de acuerdo con la invención y/o los seguidores de viento se proporciona a lo largo de la infraestructura de tráfico, tales como calles, autopistas, lineas ferroviarias y canales, y se proporciona adicionalmente para las telecomunicaciones o para almacenar temporalmente la corriente de la red en momentos de baja captación de corriente y/o para el uso como un medio publicitario y/o como alumbrado público y/o para proporcionar espacios de seguridad.

26. El uso del mástil y/o el divisor (3) de viento y/o los álabes de turbina del generador de viento y/o agua de acuerdo con la reivindicación 1 como un espacio publicitario o medio publicitario y como un soporte para más componentes de comunicaciones y red. RESUMEN DE LA INVENCIÓN El sistema de turbina para energía del viento y/o del agua, en donde las turbinas radiales tienen un rotor que puede girar sobre un eje y comprende uno o más álabes de turbina, en donde los álabes de turbina se alinean paralelamente al rotor, en donde los álabes de turbina se disponen dentro de una coraza cilindrica, que se dispone concéntricamente alrededor del eje y tiene un radio Rl exterior y un radio R2 interior, se caracteriza en que los álabes de turbina tienen una geometría específica y en que se disponen dos turbinas (1,2) radiales que se alinean juntas y paralelas, cuyas turbinas (1, 2) radiales están conectadas entre sí y pueden tener movimiento pivotante sobre un eje (15) de pivote paralelo a los ejes (18) de turbina, en donde el eje de pivote y las superficies (3, 4) de guía no se localizan en la línea de conexión entre los ejes de turbina, y ambas se localizan en el mismo lado de la línea de conexión. Se propone que el resumen sea publicado sin dibujo alguno.